Eine Zusammenfassung der Probleme bei Fukushima I

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Kommentare

Das Erdbeben vor Japan hat zu großen Schäden und enormen Problemen am Kernkraftwerk Fukushima I geführt.

Inhalt

Technische Hintergründe
- Normalbetrieb
- Notabschaltung
- Ausfall der Kühlung
- Kernschmelze
Ereignisse in den Reaktoren
- Allgemeine Situation
- Block 1
- Block 2
- Block 3
- Block 4
- Block 5 & 6
Fragen und Antworten…
(Themen: Mo­dera­tion, Was­ser­stoff, Kern­schmel­ze, Strah­len­do­sis, Tscher­no­byl, Ro­bo­ter.)
Schlussworte
- Änderungen am Artikel

Disclaimer: Andi und André haben Physik an der RWTH studiert und als Nebenfach Reaktortechnik belegt. Unfehlbar macht uns das allerdings noch lange nicht. Leider. Fehler? → Kommentar!

»Die Kacke ist am Dampfen« schrieben wir am Samstag letzter Woche in der Vorgängerversion dieses Artikels. Leider tut sie das im Kernkraftwerk Fukushima I immer noch ordentlich.
Das Problem an der ganze Chose: Ereignisse und damit Meldungen überschlagen sich, Emotionen sind im Spiel und das ganze wird mit einer Prise Fehlinformationen gewürzt. Heraus kommt ein Brei aus gefährlichem Halbwissen und politischen Meinungen, die eine sachliche Diskussion erschweren.
Wir hier im physikBlog wollen aber eine ebensolche führen, basierend auf wissenschaftlichen Erkenntnissen. Es folgt, wie schon am Samstag, ein Versuch, die Geschehnisse zu ordnen und erklären1.
Dieser Artikel befand sich fünf Tage lang im Ofen, durchlief mehrere Iterationen und einige Erweiterungen. Herausgekommen ist ein 6000-Wörter-Text, der hoffentlich das meiste zum Thema abdeckt. Puh. Beim Schreiben haben uns unsere Kommentatoren Susi und Tr kräftig unterstützt. Ein ganz großes »Danke« dafür!

Stand:
5. April 2011, 15:00 Uhr
Es gibt jetzt ein Diskussions- & Info-Forum!

Bitte beachtet das, schließlich behandeln wir hier ein aktuelles und sich schnell entwickelndes Ereignis. Am Ende des Artikels seht ihr übrigens das Änderungs-Log.

Technischer Hintergrund der Vorgänge im Kernkraftwerk

Um die Situation verstehen und vor allem ein bisschen einschätzen zu können, müssen wir uns leider auch mit ein paar technischen bzw. physikalischen Details zu den Vorgängen beschäftigen. Wir haben uns etwas ausführlicher schon in einem anderen Artikel damit beschäftigt.

Kernkraftwerk im Normalbetrieb

In einem Kernkraftwerk wird über atomare Spaltprozesse Energie freigesetzt, die Wasser erhitzt, schließlich zum Verdampfen bringt und dadurch Turbinen antreiben kann. Die Turbinen sind an einem Generator angeschlossen, der schließlich den gewünschten Strom produziert.
Die antreibende Kernspaltung findet in einer Kettenreaktion statt: Ein Uran-235-Kern spaltet sich — induziert durch ein stoßendes Neutron — in zwei kleinere auf, setzt dabei 2-3 Neutronen und einiges an Energie frei. Die Neutronen fliegen weiter und treffen andere Uran-235-Kerne, die sich dann ihrerseits spalten. Damit sie das tun können, müssen die Neutronen auf die richtige Geschwindigkeit abgebremst werden, sonst fliegen sie einfach dran vorbei. Dafür kommt ein Moderator zum Einsatz. In Fukushima sind verschiedene Reaktoren verbaut: Mark-I-Reaktoren von General Electric, andere von Toshiba und Hitachi. Allesamt sind Siedewasserreaktoren, bei denen Wasser der Moderator ist. Er bremst die Neutronen, weil die dauernd anecken und dadurch Impuls an das Wasser abgeben2. []

Störfall und Notabschaltung

Schema eines SWRs. (Bild: Wikipedia)

Kommt es nun zu unvorhergesehenen Störungen, wird automatisch eine Notabschaltung eingeleitet. Dabei werden Neutronengifte in den Reaktorkern gebracht, die wie ein Staubsauger für die umherfliegenden Neutronen wirken und somit die Kettenreaktion unterbrechen. Das geschieht über Steuerstäbe mit Bor oder Cadmium oder über den Zusatz von Borsäure zum Kühlwasser.
Ist die Kettenreaktion auf diese Weise einmal gestoppt, kann sie ohne weiteres nicht wieder in Gang gebracht werden.

Trotzdem wird es weiter heiß, weil im Brennstoff neben der Kernspaltung3 auch weitere Prozesse zur Kernumwandlung stattfinden. Diese setzen bei weitem nicht soviel Energie frei, wie die Kernspaltung, aber immer noch genug4, um weiterhin für eine Kühlung sorgen zu müssen. Im Artikel zur Nachzerfallswärme haben wir das näher erläutert.

Die Pumpen zur Kühlung laufen allerdings mit Strom5, daher ist es wichtig, dass dieser auch weiterhin zur Verfügung steht. Im Normalfall hat das Stromnetz genügend Kapazitäten, um das abzufangen. Sollte es mal nicht klappen, stehen zunächst Notstromaggregate und schließlich auch noch große Batterien zur Verfügung. []

Ausfall der Kühlung

In Fukushima konnte aber der Stromzufuhr längerfristig nicht wieder hergestellt werden. Die Folge ist, dass die Kühlung ausfällt und mehr Wasser als gedacht verdampft. Das hat zwei entscheidende Nachteile:

Dampf kühlt wegen seiner geringeren Dichte nicht so gut wie Wasser. Durch den hohen Druck6 ist das nicht ganz so schlimm wie bei Atmosphärendruck, aber immer noch blöd.
Dadurch erhöht sich der Druck. Und das ganz gehörig. Um zu verhindern, dass einem der Druckbehälter um die Ohren fliegt, lässt man Druck ab. Das geschieht automatisch über Ventile und ist durchaus vorgesehen.
Weil der Wasserdampf aber direkt mit radioaktivem Material in Kontakt kam, möchte man den nicht in die Umwelt lassen7. Unter anderem deshalb gibt es um den Reaktordruckbehälter eine Sicherheitshülle, das Containment. Also ineinander verschachtelt wie die russische Matrjoschka. Das Containment ist gegen einen gewissen Innendruck ausgelegt, in Fukushima sind das 4 bar8. Bei zu hohem Druck muss aber auch hier Dampf nach außen in das Reaktorgebäude9 abgelassen werden.

Um zu verhindern, dass auf einmal Brennstäbe frei liegen und somit gar nicht mehr gekühlt werden, wird Wasser in den Druckbehälter eingespeist. Dafür gibt es Vorratsbecken mit extra Pumpen10, die den Wasserstand ausgleichen sollen. Klappt natürlich nur, wenn a) Strom da ist, b) noch genügend Vorratswasser vorhanden ist und c) alle Zuleitungen, Ventile und Steuerungen intakt sind. []

Kernschmelze und mögliche Folgen

Werden die Brennstäbe schließlich zu heiß, z.B. weil sie teilweise ohne umgebendes Wasser sind, können sie schmelzen. Der Hauptbestandteil, Uranoxid, hat eine Schmelztemperatur von 2850 °C11, kann also einiges aushalten. Was ab jetzt passiert hängt von vielen Rahmenparametern ab und ist schwer vorherzusagen, auch, weil Erfahrungswerte (zum Glück!) gering sind.
Der günstigste Fall ist, dass die Schmelze im Reaktordruckbehälter bleibt, die Stahlummantelung also standhält. Das wird nur klappen, wenn man irgendwie für eine äußere Kühlung sorgt. Ansonsten wird auch der Stahlbehälter schmelzen12.
Wenn es also schlecht läuft, brennt sich der Klumpen regelrecht nach unten durch, je nach Materialmenge (Containment, Beton-Fundament) auf dem Weg kann das bis zum Erdboden und Grundwasser geschehen. Dann hat man ein Problem, weil verseuchtes Grundwasser nicht sonderlich gesund ist, wie man sich vielleicht vorstellen kann. Allerdings ist das lokal noch relativ eingeschränkt. Zur Geschwindigkeit, mit der das abläuft, haben wir weiter unten ein bisschen ausführlicher berichtet.
Wenn die Schmelze unterwegs auf Wasser trifft, kann es zu schlagartiger Verdampfung kommen, durch die Folgeschäden entstehen können. Vor allem aber steigt der Druck. Fängt man diesen steigenden Druck nicht ab, ist auch eine Beschädigung des Containments nicht ausgeschlossen und der direkte Kontakt zur Atmosphäre ist gegeben. Im schlimmsten Fall entsteht jetzt ein Feuer, dass radioaktive Partikel aufsteigen lässt. Der Wind tut sein übriges und es kann eine ziemlich große Fläche kontaminiert werden.
Prinzipiell kann es übrigens auch zu einer Knallgas-Explosion kommen, die ihrerseits die Schäden vergrößern kann. Das kann man aber mit Stickstoff als Schutzgas im Containment verhindern13. []

Ereignisse in den Reaktorblöcken (Zusammenfassungen)

Allgemeine Situation

Nach dem Erdbeben wurden in diversen Kraftwerken Notabschaltungen durchgeführt, auch in 11 von 53 Kernkraftwerksblöcken14. Das heißt: Steuerstäbe mit Neutronenabsorbern rein, Borsäure zum Kühlwasser dazugeben. Dadurch wird die Kettenreaktion sofort gestoppt, die Stromproduktion des Kraftwerks wird eingestellt.
Kernkraftwerke müssen aber auch nach der Abschaltung weiter gekühlt werden und dafür brauchen sie Strom. Dummerweise hatten Erdbeben und Tsunami auch einen teilweisen Ausfall des japanischen Stromnetzes zur Folge. Kein Strom von außen heißt im Kernkraftwortschatz »Station Blackout« – das Kraftwerk muss sich also selbst versorgen. Spezielle Notstromgeneratoren15 stehen für genau diesen Fall bereit. Die sind auch angesprungen, in Fukushima I allerdings 55 Minuten nach dem Erdbeben aber wieder ausgegangen. Ob das direkt durch den Tsunami verursacht wurde ist nicht klar, da die erste Welle bereits sechs Minuten nach dem Erdbeben ankam16. Das Ergebnis war jedenfalls: kein Notstrom.

Aber auch dafür ist ein Kernkraftwerk eine gewisse Zeit durch Batterien gerüstet. Die halten den Kühlkreislauf provisorisch in Gang, bis von außen wieder Strom eingespeist werden kann. Hat man aber leider nicht so schnell geschafft, so dass es in den einzelnen Blöcken kritisch wurde. []

Block 1 [460 MWel, 292 BE im Abklingbecken17]

Diese Block war der erste mit argen Problemen. Ohne die funktionierende Kühlung ist im Reaktordruckbehälter immer mehr Wasser verdampft, dass über Ventile erst in das Containment und später18 die Umgebung abgelassen werden musste. Das hat zwischenzeitlich die Strahlungsmessgeräte wild ticken lassen, da der Wasserdampf kontaminiert war. Bei intakten Brennelementen handelt es sich hierbei größtenteils um kurzlebige, leichte Nuklide wie Stickstoff-16 mit einer Halbwertszeit19 von 7 Sekunden20. Der Spuk ist also normalerweise schnell wieder vorbei.

Es wurden aber auch kleine Mengen Caesium-137 und Iod-131 nachgewiesen, typische Spaltprodukte von Uran-235. Man kann also daraus schließen, dass bei ein paar Brennstäben die Hülle defekt ist. Ziemlich mies, aber noch OK, wenn man immer nur mal ein bisschen Dampf ablassen muss. Man liest aber auch häufig, dass der Grund dafür eine bereits ablaufende Kernschmelze ist. Das ist zwar durchaus möglich, aber noch lange nicht sichergestellt. Es könnte z.B. auch sein, dass durch das Erdbeben eine Brennstabhülle beschädigt wurde. Sollte es aber trotzdem zu einer (teilweisen) Kernschmelze gekommen sein, so befindet diese sich noch im Reaktordruckbehälter.

Mark-1-Reaktor mit Beschriftungen und Highlights explodierter und gefluteter Bereiche.

Durch die hohen Temperaturen wird der Wasserstoff aus dem Kühlwasser gelöst, der ebenfalls abgelassen wurde. Zusammen mit Sauerstoff hat der dann im Reaktorgebäude das sogenannte Knallgas gebildet — der ein oder andere kennt’s vielleicht noch aus dem Chemieunterricht. Was Knallgas macht, wenn es mit Hitze in Kontakt kommt, sieht man eindrucksvoll den Videobildern: einen ordentlichen Knall. Das wichtige Detail ist hier, dass anscheinend nur das Dach hochgegangen ist, nicht der Reaktordruck- oder Sicherheitsbehälter. Darauf deuten die direkt nach der Explosion sinkenden Strahlungswerte.21

Nach der Explosion hat man jedenfalls alle Versuche, den eigentlichen Kühlkreislauf wieder in Gang zu setzen gestoppt und hat massiv mit Meerwasser geflutet. Sowohl in den Reaktordruckbehälter als auch in das Containment drumherum22. Die Beleuchtung der Schaltwarte sowie einzelne Instrumente sind mit Strom versorgt. Man erhielt erste Daten von Sensoren aus dem Reaktorblock, darunter Temperaturen des Reakturdruckbehälters. Die Kühlung des Druckbehälters wurde mittlerweile von Meer- auf Süßwasser umgestellt, um weitere Salzablagerungen zu vermeiden.
Man fand Wasser, was stark radioaktiv ist, und ist momentan auf der Suche nach den Lecks. Um nicht auf noch mehr unvorhergesehene Wasserstellen zu stoßen, hat man die Wasserzufuhrmenge in den Reaktordruckbehälter heruntergesetzt. Man braucht Platz für abzupumpendes kontaminiertes Wasser, daher wird Wasser durch die Gegend gepumpt — von einem Tank zum nächsten.

Kurzzusammenfassung: Gebäudedach explodiert, Druckbehälter und Containment vermutlich intakt. Durch die Wasserkühlung, mittlerweile mit Frischwasser, ist Block 1 aber momentan relativ stabil. Die Stromversorgung wird Stück für Stück wieder hergestellt. Man fand kontaminiertes Wasser, ist sich aber nicht sicher, woher es stammt.

Auf der internationalen Skala für nukleare Zwischenfälle (INES) hat der Reaktorblock momentan eine 5 von 723. []

Block 2 [784 MWel, 587 BE im Abklingbecken]

Der zweite Reaktorblock war bis zum Anfang der Woche eigentlich relativ unspektakulär. Er musste zwar wie die anderen Reaktoren mit Meerwasser gekühlt werden, aber eine gebäudezerstörende Explosion gab es hier nicht. Im Inneren des Gebäudes änderte sich das aber am Dienstagmorgen: Es kam zu einer Explosion, die zu einer temporären aber starken Erhöhung der Strahlendosis des Gebiets auf kurzzeitig 400 mSv/h führte. Brennelemente sind hier vermutlich ebenfalls beschädigt worden.

Man pumpte weiterhin Wasser zur Kühlung in den Reaktor, kann aber die Brennelemente nicht komplett mit Wasser bedecken – vermutlich ist also ein Leck im Reaktordruckgefäß oder in der Kondensationskammer vorhanden. Das wäre nicht gut und daher macht dieser Block des Reaktors auch mit die meisten Sorgen – er wurde auf der INES-Skala von 3 auf 5 hochgestuft.

Über eine Leitung wurde das System wieder mit dem Stromnetz verbunden. Die Schaltwarte hat wieder Licht, es gibt erste Temperaturmessdaten, die Wasserpumpen funktionieren über diese Leitung. Meerwasser wird massiv ins Abklingbecken gepumpt, ebenso (mittlerweile) boriertes Frischwasser in den Reaktordruckbehälter.
In einem Schacht sammelte sich stark radioaktives Wasser, was durch einen Riss direkt ins Meer gelangt. Man versuchte es mehrfach abzudichten, aber alle Versuche misslangen bisher. Wo das Wasser genau her kommt ist ebebfalls nicht sicher: Farb-Tracer wurden dem Wasser beigemischt, kamen aber nie im Schacht an.
Auch in diesem Block wurde die Wasserzufuhrmenge reduziert. []

Block 3 [784 MWel, 514 BE im Abklingbecken]

Der beschädigte Reaktorblock 3 in Fukushima. (Bild: DigitalGlobe)

Die Entwicklung in Block 3 ist sehr ähnlich zu der von Block 1, der als erster Reaktor Probleme gezeigt hat. Hier kam es ebenfalls zu einer Wasserstoffexplosion, die das Dach des Blocks weggesprengt hatte. Auf den Bildern des Orts sieht Block 3 am stärksten zerstört aus – zumindest von außen. Druckbehälter und Containment könnten beschädigt sein, aber wieder ist Genaues unklar.

Auffallend ist, dass immer mal wieder Dampffahnen über dem Block aufsteigen. Die könnten aus den Abklingbecken stammen, wo die »ausgebrannten« Brennstäbe zur Abgabe ihrer Nachzerfallswärme gekühlt werden24. Dort ist zu wenig Wasser vorhanden, so dass man versuchte, mit Wasserabwürfen aus Hubschraubern und Wasserwerfern vom Boden den Wasserstand zu erhöhen. Immer mal wieder brach man die Wasserbefüllung ab (wegen zu hoher Strahlung, zu gefährlicher Situation) und war sich über den Erfolg nicht sicher. Die lange Befüllung mit Wasserwerfern und später mit einer Autobetonpumpe25 lässt darauf schließen, dass man Erfolg hat. Mittlerweile befüllt man auch hier den Reaktorbehälter mit Süßwasser.
Zwischenzeitlich stieg Rauch auf und man musste wegen vermuteter Brand- oder Explosionsgefahr alle Mitarbeiter abziehen. Trotzdem hat man es mittlerweile auch hier geschafft eine externe Stromversorgung anschließen zu können26, die Warte besitzt wieder Licht.
Beim Verlegen von Kabelleitungen wurden drei Arbeiter hohen Strahlendosen von mehr als 170 mSv ausgesetzt; kontaminiertes Wasser befand sich im Maschinenhaus. Dort könnte es über ein Leck hingelangt sein. Zwischenzeitlich wurde das verseuchte Wasser abgepumpt27.
Aber das führte zu Wasser an anderen, ungünstigen Stellen (Kabelkanal), so dass man das Abpumpen erst ein mal stoppte.
Wasser wird immer wieder zugeführt, auch mit einer Autobetonpumpe in die Abklingbecken.

Die Zwischenfallsituation wird ebenfalls nach INES 5 bewertet. []

Block 4 [784 MWel, 1331 BE im Abklingbecken]

In Reaktorblock 4 passierte etwas anderes als in den Blöcken 1 bis 3. Denn Block 4 war zum Zeitpunkt des Erdbebens nicht »scharf«, es fand also keine Kernspaltungs-Kettenreaktion statt und die Brennstäbe waren nicht im stählernen Reaktordruckbehälter, sondern lagerten im Abklingbecken. Das ist der normale Aufbewahrungsplatz, wenn man zu Inspektionen den Reaktorkern leerräumen muss. Man kann sie schließlich nicht einfach in das Regal im Keller legen28. Eine schöne Animation dazu gibt es bei der New York Times.

Man könnte also denken, der Block sei vorerst sicher. Von wegen! Denn auch hier gab es eine Explosion, die den Betonaufbau ordentlich zerstört hat. In der Außenwand des Reaktorgebäudes klafft ein großes Loch. Zwei mal brach Feuer aus, was von alleine wieder verschwand. Die Temperatur des Wassers im Abklingbecken ist hoch (die letzten Messwerte vom 14.03. lieferten 84 °C, teils scheint es zu kochen), zudem ist zu wenig Wasser im Becken vorhanden. Direkte Meerwassereinspeisung funktioniert nicht, dafür ist man etwa im Tagesrhythmus dabei, mit der Autobetonpumpe jeweils ca. 150 t Wasser da rein zu leiten.

Auch Block 4 hat mittlerweile einen Anschluss an die externe Stromversorgung und verfügt über Stromzufuhr in einzelnen Anlagenteilen.

INES: 3. []

Block 5 [784 MWel, 946 BE im Abklingbecken]
& Block 6 [1.100 MWel, 876 BE im Abklingbecken]

Die Temperaturverläufe der Blöcke 5 und 6 im Vergleich zu einer Normaltemperatur29.

Die beiden Blöcke waren genauso wie Block 4 für Wartungsarbeiten abgeschaltet. Auch in ihnen liegen Brennstäbe in den Abklingbecken, so dass der Wasserstand darin langsam sank. Hier gelang es, mit einem Notstromaggregat eine notdürftige Stromversorgung herzustellen, so dass die Becken mit Wasser nachgefüllt werden können. Waren die Wassertemperaturen in den letzten Tagen noch über 60 °C, sind sie momentan bei ca. 38 °C (Block 5) bzw. 21 °C (Block 6) und damit auf Fastnormalniveau. Der Grund dafür: Die Stromversorgung ist wieder hergestellt, das Nachkühlsystem läuft wieder – Juchu! Entsprechend gibt es keine INES-Bewertung für diese beiden Blöcke.

Insgesamt ist die Lage kritisch, Tendenz mal in Richtung Stabilität, mal in Richtung »wow, fuck, raus hier«. Der Einsatz von Wasserwerfern scheint Erfolg zu haben und die Autobetonpumpe scheint die Abklingbecken kühlen zu können. Alle Blöcke sind wieder ans Stromnetz angeschlossen und Schaltwarten und Maschinenhäuser haben teilweise wieder Licht.

Neben den bisherigen Problemen, die sich etwas abzukühlen scheinen, macht das in den Blöcken verteilte Wasser nun Stress: Teilweise ist es stark, teilweise schwach radioaktiv und befindet sich an Stellen, wo es nicht sein sollte. Wasser fließt ins Meer und wird mitunter bewusst dorthin abgeleitet. Fand man erst nur Radionuklide im Meerwasser, z.B. Iod-13130, so ist man mittlerweile dabei die Flüsse des Wasser nachzuvollziehen.

Über den Blöcken steigt kontinuierlich Wasserdampf auf – vermutlich das verdampfende Wasser, das von außen draufgeworfen wurde.

Die von uns angegebenen Zahlenwerte und Aussagen stützen sich, wenn nicht anders angegeben, auf die Pressemitteilungen der Nuclear and Industrial Safety Agency (NISA).

Detailreichere und dadurch genauere Informationen zu den Status der Reaktorblöcken findet ihr auf der hervorragenden Seite der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit sowie (hört hört) in der deutschen Wikipedia: Der Kernkraftwerk-Fukushima-I-Artikel ist mit vielen Quellen belegt, wird häufig aktualisiert und stichprobenartige Überprüfung ergab solide Zusammenfassungen. Hervorragend. Ebenfalls sehr gut31: Der englischsprachige Schwesterartikel sowie die Unfalltimeline in der englischen Wikipedia. Außerdem ein kurzer Hinweis auf die Übersichtsbeiträge von BraveNewClimate, z.B. diesen vom 26. März32. []

Ein paar Fragen, die man häufig gestellt bekam

…damit ihr euch nicht auch durch die hunderten Kommentare der anderen Artikel wühlen müsst.

Moderation? Ich dachte, das Wasser ‘bremst’ die Kettenreaktion?

Wahrscheinlichkeit der Spaltung von U-235 und Pu-239 für verschiedene Neu­tro­nen­ener­gien. (Bild: Vorlesungsskript)

Nein. Die Moderation sorgt dafür, dass die Neutronen langsamer werden. Erst dann können sie im großen Maße eine neue Kernspaltung auslösen. Das liegt daran, dass die Wahrscheinlichkeit, mit der eine Reaktion zwischen Neutronen und dem Spaltmaterial U-235 stattfindet, nicht immer gleich ist. Rechts sieht man den Verlauf dieser Reaktionswahrscheinlichkeit33 in Abhängigkeit der Neutronenenergie (die der Geschwindigkeit entspricht). Vereinfacht könnte man sagen: sind die Neutronen zu schnell, fliegen sie einfach am Uran vorbei.
Ohne Moderator ist die Kettenreaktion schwierig, aber noch nicht ausgeschlossen. Daher müssen zusätzlich Neutronenabsorber wie Bor eingesetzt werden. []

Der Reaktor ist doch abgeschaltet, warum müssen wir dann noch weiter kühlen?

Auch wenn keine eigentliche Kettenreaktion mehr stattfindet, befinden sich im Reaktor noch Spaltprodukte aus dem Betrieb. Diese radioaktiven Elemente sind instabil und zerstrahlen nach einer gewissen Zeit34 unter Aussendung von Energie. Es entsteht Nachzerfallswärme. Und zwar sowohl in Brennstäben im Reaktorkern als auch für solche, die im Abklingbecken lagern.
Wir haben dem Thema einen eigenen Artikel gewidmet, in dem Detail-Infos inkl. konkreter Zahlenwerte zu finden sind. []

Die haben keinen Strom? In einem Kernkraftwerk??

Klingt bescheuert, was? Nach dem Erdbeben fuhren die Atomkraftwerke ganz automatisch in »STOP«-Position. Steuerungsstäbe: rein, Neutronengifte: Go! und was sonst noch so dazu gehört. Wie gut oder schlecht das geklappt hat, ist noch nicht sicher — aber sie stoppten. Das heißt die Kraftwerke produzierten keinen Strom mehr.
Vermutlich wurden durch das Erdbeben, durch den Tsunami, oder ebenfalls durch die Notabschaltung auch die externen Stromversorgungen gekappt, so dass auch hier keine Zulieferung stattfinden konnte. Es deutet jedenfalls alles darauf hin, dass die Zuleitungen auch nicht eben mal so wieder repariert werden konnten. In wie weit das japanische Hochspannungsnetz überhaupt dazu geeignet ist, die Kernkraftwerke zu betreiben, ist auch gar nicht klar.
Blöder Strom. []

Warum hat man nicht sofort ein großes Notstromaggregat mit einem LKW hingeschafft?

Um das Kraftwerk überhaupt zu erreichen, mussten erst Aufräumarbeiten vorgenommen werden. In den ersten Tagen war nur schwer Durchkommen bis zu den Reaktorblöcken. Kleinere Aggregate hätte man auch mit dem Helikopter dahin transportieren können, zumindest um das Nötigste in Gang zu bringen.
Hat man auch geschafft, man hatte ca. einen Tag nach dem Ausfall Stromaggregate vor Ort, konnte sie aber nicht nutzen. Hier kommt das komplexe Gebilde eines Kernkraftwerks mit all seinen Einzelteilen zum Tragen: ist nach dem Erdbeben (Pumpen und Ventile beschädigt?), Tsunami (Wasseraufbereitung verstopft?) und Explosionen (Zuleitungen intakt?) die Wiederaufnahme der Kühlung überhaupt so einfach möglich? Insbesondere die direkte Stromversorgung zu den Pumpen schien Probleme bereitet zu haben.
Mittlerweile gelingt es übrigens, über eine Behelfskonstruktion immer mehr Kraftwerksanlagen mit dem 110-kV-Stromnetz zu verbinden. []

OK, aber man wird doch eine motorbetriebene Pumpe zum Kühlen da hinbauen können, oder?

Dort, wo die Strahlungwerte hoch sind, kann man keine Arbeiten mehr unmittelbar an den Reaktoren durchführen. Man muss etwas Abstand halten. Daher ist der Betreiber dazu übergegangen, »extern«, aus sicherer Entfernung Wasser in bzw. an den Reaktor zu befördern. Dies geschieht durch Hubschrauber, Feuerwehrwagen oder durch einen Betonpumpwagen.
Numbercrunching zur benötigten Wassermenge: Wenn man 1 MW Wärme (=3,6 GJ/h) durch Verdampfen von reinem Wasser (15 °C kalt) abführen möchte, sind bei Atmosphärendruck etwa 1,4 Tonnen Wasser pro Stunde zuzuführen. Geschieht der Vorgang unter einem höheren Druck als 1 bar erhöht sich die Kochtemperatur, und es wird weniger Wasser benötigt. Zahlenbeispiel für einen intakten Siedewasserreaktor: Bei 71 bar hat Wasser eine Siedetemperatur von 286 °C und es wird 1 Tonne Wasser pro Stunde benötigt. []

Ohne Kühlung kommt die Kernschmelze, was passiert da eigentlich genau? Und wie lange dauert das?

Brennelemente können so heiß werden, dass Tragestrukturen und Brennstoff schmelzen35. Es gibt mehrere Möglichkeiten, was mit dieser Schmelze geschieht. Wir haben sie weiter oben erläutert.

Der geschmolzene Reaktorkern aus Tschernobyl. (Bild: INSP | Galerie)

Um mal den hypothetischen Fall abzuhandeln, dass sich die ungekühlte Kernschmelze »nach unten durchfrisst«, folgt ein bisschen Numbercrunching zur Geschwindigkeit. Die Reaktorblöcke 2-5 erreichen jeweils 784 MWel Leistung (2.381 MWth), die sie aus 548 Brennelementen beziehen36. Aus dem Reaktortechnik-Vorlesungsskript von André und Andi hätten wir anhand der dort angegebenen Referenzdaten 490 Brennelemente geschätzt37. Wir gehen also davon aus, dass wir zum groben Abschätzen mit weiteren Angaben daraus rechnen können (konkret zu den Fukushima-Reaktoren sind die nämlich schwer zu finden).
Jedenfalls besteht ein Brennelement aus mehreren Brennstäben, typischerweise bei SWR aus 8 · 8 = 64 Stäben38. Zusammen sollten sich also etwa 35.000 Brennstäbe im Kern befinden. In einem Brennstab steckt größtenteils Uran, das pro Stab ein Volumen von etwa 466 cm339 einnimmt, der gesamte Kern also etwa 16,3 m3. Das würde bedeuten, dass alleine durch das Uran eine Masse von 310 t zusammenkommt.
Man kann sich nun überlegen, dass die geschmolzene Masse, nennen wir sie »Klumpen«, als Halbkugel auf einem ebenen Stahlboden ruht. Ist zwar ziemlicher Quatsch, weil der Druckbehälter unten rund ist, aber wir wollen ja auch nicht zu komplex werden. In unserem einfachen Modell hätte die Halbkugel einem Durchmesser von ca. 4,0 m und würde somit eine Fläche von 12,3 m2 bedecken. Der Klumpen produziert nach einer Woche noch ca. 6 MW thermische Leistung aus der Nachzerfallswärme, sagen wir mal, dass die Hälfte auf den Stahlboden darunter geht.
Die Stahlwand eines Reaktordruckbehälters sind im Bereich von 20 cm40, direkt unter dem Klumpen befinden sich also etwa 20 t Stahl. Gehen wir mal davon aus, dass wir die von 500 °C auf 1.500 °C erhitzen und schmelzen müssen, damit die Wand nachgibt, so würde das ungefähr eine Stunde und 20 Minuten dauern.
Der Klumpen lagert jetzt auf dem Betonfundament, das direkt unter dem Reaktorkern ziemlich dick ist. Wir nehmen hier mal 3 m und eine Starttemperatur von 20 °C an. Da durchzukommen würde nochmal etwas über einen Tag dauern.
Wohlgemerkt: diese Zahlen stellen eine ganz grobe Abschätzung dar und auch nur für den Fall, dass man den Reaktor sich selber überlassen würde. Dass es nicht so ist, wissen wir mittlerweile. Ebenfalls vernachlässigt wurde der kühlende Effekt des zu schmelzenden Materials.
Sollte dieser Klumpen am Ende noch heiß genug sein, um in den Erdboden einzudringen und schließlich auf (Grund-)Wasser zu treffen, so kommt es zu einer physikalischen Explosion. Dabei verdampft das Wasser schlagartig und durch den Dampf entsteht ein hoher Druck. Der entlädt sich in Richtung des schwächsten Widerstandes — vermutlich das Schmelzloch entlang nach oben, sodass der Klumpen teilweise hochgeschossen wird. Es ist jedoch recht schwer, zuverlässig die Auswirkungen vorherzusagen, insbesondere weil auch hier wieder Erfahrungswerte (zum Glück!) fehlen. Aber: momentan wird gekühlt und der Fall ist rein hypothetisch! []

Aber es hat doch da schon Explosionen gegeben, was war denn das?

Die haben nicht unbedingt etwas mit der Kernschmelze zu tun und können auch auftreten, wenn im Reaktordruckbehälter alles intakt ist. Die Explosionen, die man sah, sind ziemlich sicher auf eine Knallgasreaktion zurückzuführen, also der Kombination aus Wasserstoff, Sauerstoff und Hitze. Das macht ordentlich wumms und reicht aus, das Reaktordach abzureißen. []

Wasserstoff, mhm? Der war doch vorher nicht da…

Auch bei der Hindenburg hat Wasserstoff zur Zerstörung geführt. (Wikimedia)

Bei Temperaturen ab 900 °C entsteht durch chemische Reaktionen von Wasserdampf mit der Hülle der Brennelemente Wasserstoffgas. Diese Reaktion setzt zusätzlich sehr viel Wärme frei. Es gibt Berechnungen, dass in einem Druckwasserreaktor im Falle einer Kernschmelze in 6 Stunden ca. 5000 m3 Wasserstoff entstehen — das sind 5 Millionen Liter. In Verbindung mit Sauerstoff ist das eine hochexplosive Mischung: Das allseits bekannte Knallgas.
Dieses zusätzliche Problem wird erst seit dem Unfall im Kernkraftwerk Three Mile Island im Jahr 1979 bei der Auslegung eines Kernreaktors berücksichtigt. In Siedewasserreaktoren wird daher das Containment mit Stickstoff geflutet, so dass es nicht zu einer Knallgasreaktion kommen kann.
Darüber hinaus wird durch die radioaktive Strahlung im Reaktorkern Wasser direkt in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Allerdings ist die dabei entstehende Menge an Knallgas lange nicht so hoch wie bei der weiter oben beschriebenen Reaktion. Diese so genannte Radiolyse läuft auch während des Normalbetriebs des Kraftwerkes ab, so dass es Vorrichtungen (»Töpfer-Kerzen«) gibt das entstandenen Knallgas abzubauen.
Trotz dieser Vorkehrungen ist im Kernkraftwerk Brunsbüttel im November 2001 ein an den Reaktordeckel angeschlossenes Rohr durch eine Knallgas-Explosion zerstört worden41. []

Was bedeuten die gemessenen Strahlungswerte und wo kommen sie her?

Die Meldungen über die Strahlungsbelastung vor Ort sind häufig sehr vage. Angaben über »400-fache« Strahlungswerte oder »mehr als 2000 Mikrosievert« sind etwa so nützlich, als würde jemand seinen Benzinverbrauch mit »mehr als 3,4 Liter« bezeichnen.
Strahlung kann man sich gut als einzelne winzige Projektile vorstellen, die Schäden auf molekularer Ebene hervorrufen (siehe nächste Frage). Wenn man alle Teilchen zählt, die einen Menschen »verstrahlt« haben, kriegt man eine Strahlungsdosis. Wird diese Dosis wiederholt oder gar kontinuierlich zugeführt, spricht man von Strahlenbelastung. Wie unten erklärt kann der menschliche Körper einiges an Strahlung wegstecken, eine gewisse Belastung durch Hintergrundstrahlung aus dem Weltraum oder vom Boden erfahren Menschen jeden Tag und es beschwert sich niemand42.

Eine übersichtliche Darstellung verschiedener Strahlendosen bei xkcd.com.

Die Stärke der verursachten Schäden hängt von der Größe der Teilchen (ein ?-Teilchen macht mehr Krach), von ihrer Energie und der Durchdringungsfähigkeit (ein ?-Teilchen kann eine längere Strecke zurücklegen) ab. Daher wählt man häufig die Äquivalenzdosis, die Vergleiche untereinander einfacher macht. Die gängige Weise, die Äquivalenzdosis zu beschreiben, ist in Sievert, kurz Sv43; wird diese stetig zugefügt, spricht man von Sievert pro Stunde oder pro Jahr — Sv/h bzw Sv/a.

Der Herkunft der Strahlung in der Nähe des Reaktors ist vielerlei, lässt sich aber zusammenfassen in zwei Hauptquellen: Im Betrieb strahlen die Brennstäbe Neutronen ab, die durch das Design des Reaktors ausreichend abgeschirmt werden sollten. Zweitens strahlen nach dem Ausbrennen die Zerfallsprodukte (ob in geordneter Form von Brennstäben oder nach deren Bruch) ?- und ?-Strahlung ab. Im Reaktorgebäude sind die ausreichend abgeschirmt und machen keinen Stress. Erst wenn die Zerfallsprodukte nach außen gelangen fangen die Probleme an.

Radiologische Messungen zur Strahlendosis am Kernkraftwerk Fukushima I. (GRS)

In den radiologischen Messungen sieht man, dass zum Beispiel am Mittag des 16. März nach »Freisetzungen aus Block 2 und 3« die Strahlungsbelastung am Westtor schlagartig etwa 12.000 µSv/h erreicht hat und dann innerhalb von ca. 3 Stunden wieder auf 1.000 µSv/h gesunken ist. Das bedeutet, dass wahrscheinlich eine kontaminierte Wolke ausgestoßen wurde, einen Sensor erreicht hat, dann immer weiter verdünnt und abgezogen ist. Wichtig ist, dass dies nicht bedeutet, dass dort permanent 12 mSv/h herrschen. Dieser Wert war dort nur für einen relativ kurzen Zeitraum messbar. Es bedeutet ebenso nicht, dass die Wolke diese Intensität beibehält — sie wird sich verdünnen und über einer immer größeren Fläche eine immer kleinere Belastung bedeuten.
Anhand der Messkurve, die man rechts sieht, wird klar, dass das bei allen bisher durchgegebenen Messwerten vom Kraftwerk der Fall ist44. []

Lustiges Einheitenkarussell: Sievert, Milli, Gray, Röntgen, BecquerHÄ!?l

In den Berichten der Presse und auch den offiziellen Statusmeldungen aus Japan werden häufig gemessene Strahlendosen angegeben. Leider scheinen dabei die Einheiten auf ein großes Karussell gepackt worden zu sein, aus dem dann immer mal wieder zufällig eine möglichst verwirrende von ihnen aussteigen gelassen wird.

Sievert (Formelzeichen Sv) ist die Einheit der Äquivalenzdosis. Sie gibt an, wie stark die Strahlung den Körper beeinflusst bzw. schädigt (siehe vorheriger Abschnitt). Früher gab es dafür das rem, das »roentgen equivalent in man«, wobei 100 rem = 1 Sv sind. Die Äquivalenzdosis ist eine gewichtete Energiedosis, also durch die Strahlung deponierte Energie pro Masse (J/kg) plus einen Faktor für die Strahlungsart45.
Lässt man diesen Gewichtungsfaktor weg, landet man bei der reinen Energiedosis und bezeichnet sie Gray (Gy). Ist der Gewichtungsfaktor der Strahlung 1 (z.B. bei β- oder γ-Strahlung), so ist entsprechend 1 Gy = 1 Sv. Hierfür wiederum gab es früher das Röntgen (R), dessen Definition (wie so häufig bei alten Einheiten) etwas WTF?! ist, in trockener Luft aber ähnlich wie oben: 100 R = 1 Gy.

Das ganze bezeichnet jetzt aber nur die insgesamt deponierte Energie. Strahlung ist allerdings über einen langen Zeitraum vorhanden und eine Person vielleicht nur kurz in einem verstrahlten Gebiet. Daher will man die Strahlungsdosis für eine gewisse Zeit haben, z.B. pro Jahr (/a) wenn es um natürliche Belastungen geht oder pro Stunde (/h), wenn man mit hoher künstlicher Radioaktivität hantiert. Denn als Arbeiter ist man eher ein paar Stunden im Kernkraftwerk und lebt da nicht. Daher sieht man häufig Einheiten wie mSv/h, also Milli-Sievert pro Stunde. Dass da vor Sievert noch Milli steht, liegt daran, dass Sievert pro Stunde schon ziemlich übel ist (siehe vorheriger Abschnitt) und man daher Vorfaktoren wählt, die eher passen. Genauso wird natürliche Strahlenbelastung häufig in Microsievert (µSv/h) pro Stunde angegeben, einem tausendstel eines Millisieverts. Man müsste sonst zuviele Nullen hinter’m Komma mitschleifen. Und dann vertut man sich nur.
Dass man sich auch so vertut, zeigt das fröhliche Vorsatzundzeiteinheitskarussell, was gerade in viele Pressemeldungen betrieben wird. Sievert, Mikrosievert pro Stunde und Millisievert pro irgendwas geht munter durcheinander, wird teils falsch umgerechnet und unpassend dargestellt. Ein hoher Spitzenwert von 400 mSv/h heißt noch nicht, dass wirklich über eine Stunde diese Äquivalenzdosis geherrscht hat — wahrscheinlicher ist, dass für nur ein kurzer Zeitraum46 über diese starke Dosis verfügte und der Wert dann auf eine Stunde hochgerechnet ist. Es heißt, wie so häufig: Aufgepasst und mitgedacht!

Jedenfalls: Wir wissen nun also, wie man angeben kann, wieviel Wumms die Strahlung verursacht — gewichtet oder ungewichtet. Also eigentlich das, was uns interessiert, wenn wir von irgendwelchen Gefahren für Menschen ausgehen. Manchmal interessiert einen aber, wie häufig man von einem Stoff ein Strahlungsteilchen erwarten kann (z.B. für Untersuchungen am Stoff selber). Dafür gibt es dann das Becquerel (Bq): ein Maß für die Aktivität eines Stoffes. Es ist 1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde. Auch hier gibt’s die Pensionierungsversion davon: das Curie (Ci) mit 1 Ci = 3,7·1010 Bq. Prinzipiell ist auch hier ein höherer Wert schlecht, aber 10.000 Bq sind nicht gleich 10.000 Bq was die Schadensleistung angeht. Der eine Stoff mag etwas harmloser Strahlen als ein anderer.
Wie schon bei Millisievert pro Stunde gibt man auch hier häufig die relative Größe an, diesmal allerdings pro Menge, also z.B. Bq/cm3 oder Bq/kg, damit man Stoffe besser untereinander vergleichen kann.

Also in Kürze:
(Milli-, Micro-)Sievert: Wumms im Körper (mit Gewichtung der Schadwirkung).
Sievert pro Stunde: Wumms pro Stunde Aufenthalt im Körper.
Gray: Wumms in Materie (ohne Gewichtung der Schadwirkung).
Becquerel: Strahlungsteilchen pro Sekunde.

In etwas mehr Länge hat Slate sich ebenfalls der Dosenkonfusion angenommen. []

Was heißt »kontaminiert« eigentlich, giftig oder einfach radioaktiv? Wieso duschen sich die Arbeiter und Feuerwehrleute im Fernsehen?

Man spricht im physikalischen Sinne von einer Kontamination, wenn man radioaktive Stoffe dort entdeckt, wo die üblicherweise nicht hingehören. Wie etwa im Umfeld eines Reaktors oder in einer Siedlung.
Uran, Plutonium und auch deren Zerfallsprodukte strahlen nicht nur munter vor sich hin, sondern sind auch häufig chemisch für den Organismus nicht so gesund wie ein Arztbesuch oder der tägliche Apfel. Wenn diese Stoffe pulverisiert werden, können sie sich mit der Luft oder Wasser vermischen und verteilt werden.
Darüber hinaus können unbeteiligte Materialien und Stoffe kontaminiert werden, indem sie der Strahlung ausgesetzt sind, sich »aktivieren«47 und selbst anfangen zu strahlen.
Normalerweise wird viel daran gesetzt, die strahlenden Substanzen vor der Umwelt abzugrenzen: Stahlbehälter, dicke Betonmauern, getrennte Wasserkreisläufe, Sicherheitsschleusen. Wenn die Kontamination wie im aktuellen Unfall doch eintritt, tut man alles, damit die Stoffe nicht inkorporiert werden – Atemschutzmasken und Overalls sind Pflicht.
Ist die eingesetzte Schutzkleidung keine Einwegkleidung, die man nach dem Einsatz fachmännisch entsorgt, wird sie nach der Arbeit dekontaminiert: man wäscht die radioaktiven Staubpartikel ab — und das ist das aus Film und Fernsehen bekannte Duschen. [??]

Ist das gefährlich für die Menschen die dort leben?

Radioaktive Strahlung führt zu Veränderungen an den Zellen aller davon betroffenen Lebewesen. Allerdings sind Menschen und höhere Tiere empfindlicher dagegen als primitive Tiere48, Bakterien oder Pflanzen. Die an den Zellen entstandenen Schäden zeigen sich dann in den verschiedenen Organen und letztendlich am gesamten Organismus.
Geschädigt werden vor allem die Proteine in der Zelle und die Erbsubstanz, DNA, im Zellkern. Für DNA-Schäden hat die Zelle gut funktionierende Reparaturmechanismen, die allerdings auch manchmal Fehler machen. Gelingt die Reparatur, dann bleibt die betreffende Zelle ungeschädigt. Treten bei der DNA-Reparatur Fehler auf, wird die Zelle nicht mehr richtig funktionieren. Sie stirbt dann ab oder kann sich zu einer Krebszelle entwickeln. Oft haben diese Zellschäden aber keinerlei Auswirkung. Werden die Keimzellen geschädigt, kann der Fehler an die nächste Generation weitergegeben werden.
Wie stark eine Zelle durch die Strahlung geschädigt wird hängt von der Dosis ab, die vom Körper aufgenommen wird. Ganz grob kann man sagen, je mehr aufgenommene Strahlung, desto größer der Schaden und desto schneller tritt er auf.

Die durchschnittliche Strahlenbelastung eines Menschen. (Daten: Wikipedia)

Die natürlich vorkommende radioaktive Strahlung beträgt etwa 0,02 bis 0,03 µSv/h49. Sie hat dabei verschiedene Quellen: die kosmischen Strahlung, die auf der Erde ankommt; Baustoffe; verschiedene natürlicherweise in der Umgebung vorkommende radioaktive Substanzen oder Bananen (s.u.).
Dieser Strahlung ist jeder von uns seit seiner Geburt ausgesetzt. Sie variiert von Ort zu Ort und nimmt mit zunehmender Höhe zu. Auch die Bodenbeschaffenheit spielt dabei eine Rolle: in Gebieten in denen man Granit findet ist die Strahlung hoch, in denen mit Kalkstein niedrig. Zum Beispiel findet man in Bremen 0,03 µSv/h, in Oberfranken 1,3 µSv/h Strahlendosis. Der Mittelwert in Deutschland beträgt 0,05 µSv/h; der Maximalwert 5,7 µSv/h. Dazu kommt zusätzliche Strahlung durch Röntgen und andere medizinische Behandlungen (Krebstherapie!) und nicht zu vergessen durch Flugreisen. In großen Höhen wird die Strahlung intensiv und Strahlendosen beim Fliegen liegen bei 2 µSv/h.
Beim havarierten Kraftwerk wurde, nach Angaben des Betreibers, am 17. März gegen 11:00 Uhr Ortszeit eine Strahlendosis von 646 µSv/h gemessen. Sie soll zeitweilig sogar zwischen 100 und 400 mSv/h gelegen haben. Würde die Intensität konstant bleiben (was sie aber nicht ist, s.o.), würde das für jemanden, der sich eine Stunde dort aufhält, bedeuten, dass eine Äquivalentdosis von 100 bis 400 mSv aufnimmt. Das ist deutlich höher als die übliche Strahlendosis und bleibt natürlich nicht ohne Folgen für die Menschen, die dieser Strahlung ausgesetzt sind.
Dabei gilt: Je höher die Dosis,

  • desto schwerwiegender sind die Auswirkungen,
  • desto schneller treten die Symptome auf,
  • desto länger dauert die Erholungsphase,
  • desto länger bleibt die Krankheit bestehen und
  • desto geringer werden die Überlebenschancen.

Über Verlauf und Überlebenschancen entscheidet die erhaltene Äquivalentdosis.
Dabei treten die folgenden Symptome auf50:

  • weniger als 0,5 Sv: Keine akuten Symptome. Nachweis, wenn überhaupt, nur über eine verringerte Anzahl der roten Blutkörperchen.
  • 0,5 – 1 Sv: klinisch messbar (weniger rote Blutkörperchen), Kopfschmerzen (Strahlenkater), erste Schädigungen des Immunsystems.
  • 1 – 2 Sv (leichte Strahlenkrankheit): Übelkeit, Appetitlosigkeit, Müdigkeit, Unwohlsein; 10 % der Betroffenen sterben innerhalb eines Monats.
  • 2 – 4 Sv (schwere Strahlenkrankheit): Haarausfall, Verlust der weißen Blutkörperchen, Sterilität, Durchfall, Blutungen unter der Haut; bis zu 50 % der Betroffenen sterben innerhalb eines Monats.
  • 4 – 50 Sv (akute Strahlenkrankheit): mit steigender Dosis steigt die Zahl der Todesfälle; ab einer Dosis von 6 Sv kann man davon ausgehen, das alle Betroffenen innerhalb weniger Tage sterben.
  • über 50 Sv: Sofortiger Eintritt des Todes.

Langfristige Schäden sind ein mit der aufgenommenden Dosis steigendes Risiko an Krebs zu erkranken und Veränderungen an der DNA, die an die folgenden Generationen weitergegeben werden können.

In Tokio, etwa 250 km von Fukushima entfernt, wurde am 17. März eine Strahlendosis von 0,14 µSv/h gemessen. Die natürliche Strahlung in Tokio liegt nach Angaben der japanischen Behörden zwischen 0,028 und 0,079 µSv/h. Das bedeutet, dass die Menschen die dort leben vorerst nicht gefährdet sind.
Allerdings muss man in einem Umkreis von mehreren Kilometern um das Kernkraftwerk mit langfristig erhöhten Strahlendosen rechnen, die zu einer erhöhten Krebsrate und genetischen Schäden in den folgenden Generationen führen können. []

Kommt die radioaktive Wolke auch bei uns an und ist für uns gefährlich?

Strahlenbelastung der letzten Jahre in Mitteleuropa. (Quelle: Quarks & Co.51 )

Nach einiger Zeit52 kommen sicherlich einzelne Teilchen um die Erde. Sehr unwahrscheinlich dagegen, dass sie in Europa schädlich werden können — vermutlich hat sich die Wolke bis dahin bis zur homöopathischen Konzentration (lies: Ungefährlichkeit) verdünnt. Auf jeden Fall aber wird sie weit unter den Werten liegen, die man bisher in Mitteleuropa aufgrund der Kernwaffentests und Tschernobyl gemessen hat.
Es ist bei uns also in keiner Weise notwendig mit einem Geigerzähler seine Umgebung und Nahrung zu kontrollieren oder gar noch vorbeugend Iodtabletten einzunehmen. Im Gegenteil: die bei Katastrophensituationen zum Schutz der Schilddrüse notwendige Menge an Iod53 kann unter normalen Bedingungen schon gefährliche Nebenwirkungen haben. []

Heißt das jetzt, wir haben ein zweites Tschernobyl oder wie?

Kurz: Nein. Der bisherige Unfallverlauf ist unterschiedlich zu dem in Tschernobyl. In Tschernobyl geschah sehr viel sehr schnell. Dagegen ist das, was wir von Fukushima mitbekommen, fast eine Slow-Motion-Aufnahme. Außerdem hatte Tschernobyl einen anderen Reaktortyp mit einer anderen Art Unfall. Ein komplexes und großes Themenfeld, daher nur soviel: Es gab eine große Explosion, die zu starker Zerstörung und einem schwer zu löschenden Graphitbrand führte. Somit wurden über Tage hinweg große Menge radioaktiver Partikel freigesetzt. In den Wochen danach arbeiteten viele, viele Leute in extremer Nähe zum Reaktor, um das Ereignis zu kontrollieren.
Möchte man den jetzigen Unfall mit einem bekannten Ereignis vergleichen, dann ist das wohl eher ein zweites Three-Mile Island. Bei diesem Kernkraftwerk mit Druckwasserreaktor in den USA kam es Ende der 70er zu einer Kernschmelze, weil das Kühlsystem nicht so lief, wie es sollte. Dieser INES-5-eingestufte Unfall lief allerdings relativ glimpflich ab und konnte unter Kontrolle gebracht werden. []

Aber den Super-GAU haben wir doch?!

Meh. Darüber kann man sich streiten und es geht eigentlich an der Sache vorbei. Ein GAU bezeichnet den größten anzunehmenden Unfall, den man eingeplant hat. Ein Super-GAU geht darüber hinaus und provoziert einen Kontrollverlust. Wenn man sich also festlegen will, dann ist es eher ein Super-GAU, wobei man mittlerweile wieder beginnt, Kontrolle zu gewinnen.
Wichtig ist eher, dass man versteht, was genau passiert ist und daraus lernt. Ob das ein GAU oder Super-GAU ist, ist dabei egal. []

Kann es zu einer Explosion wie bei einer Atombombe kommen?

Nein. Das hat zwar beides etwas mit Kernspaltung und Neutronen zu tun, aber es gibt einen wichtigen Unterschied: Die Anreicherung. Bei Kernkraftwerken setzt man Uran in den Brennelementen ein, dass zu etwa 3 bis 4 % mit dem spaltbaren U-235 angereichert ist — eine leichte Anreicherung gegenüber dem natürlichen Niveau von 0,8 %. Damit eine Kettenreaktion so wild abläuft, wie die Freaks, die Atombomben bauen, es gerne hätten, muss Uran-235 zu wesentlich größeren Anteilen in der Kernwaffe vorhanden sein. Mehr als 80 % sind hier verwendete Anreicherungen.
Sollte es entgegen des momentanen Anscheins doch noch zu einer großen Explosion im Kraftwerk kommen, bei dem auch Materialien der Brennelemente freigesetzt werden, so ist der Effekt eher mit dem einer schmutzigen Bombe vergleichbar: Durch eine nicht-nukleare Explosion werden radioaktive Elemente in der Umgebung verteilt und verstrahlen dort das Gebiet. Partikel können dann auch weggeweht werden und weiter entfernte Bereiche verseuchen. Aber eine riesige Explosion mit dem klassischen Pilz, die gibt’s nicht. []

Warum lassen die Japaner nicht ihre Roboter im Kraftwerk arbeiten?

Ein sowjetischer Mondroboter hat bei der Räumung von Brennelementen in Tschernobyl versagt.

Der hochtechnologische Ansatz ist (mittlerweile) kein Science-Fiction — Roboter könnten dort agieren, wo die Strahlung für Menschen zu gefährlich ist. Abgesehen von organisatorischen und finanziellen Hindernissen gibt es aber auch eine physikalische Komplikation: die Halbleiterelektronik ist empfindlich gegenüber der ionisierenden Strahlung54.
Die gesamte moderne Elektronik basiert auf Halbleitern (z.B. Silizium) und die Bestandteile von CPUs, genauso wie RAM oder Festplatten werden immer kleiner. Dies hat zur Folge, dass ionisierende Strahlung genügend Energie in den Bauteilen deponieren kann, um die Nullen und Einsen durcheinander zu bringen. Und wenn das bei einem Bit geschieht, das Zuständig ist, den Motor anzuschalten, versteht der nur noch Bahnhof und funktioniert entweder falsch oder gar nicht.
Im Weltraum hat man übrigens ein ähnliches Problem: Die Strahlung ist allgegenwärtig. Der Robustheit wegen werden daher z.B. die Mars-Rover mit knapp bemessenen 20MHz-CPUs ausgestattet. Unmöglich ist es also nicht, aber schwierig55. []

Wo kommt eigentlich auf einmal das Plutonium in Reaktor 3 her? Ist das nicht schlimm?

Ja, Plutonium ist schlimm. Als Schwermetall ist es giftig für den Körper, das ist Uran aber auch. Das Problem bei beiden56 ist, dass sie α-Strahler sind. Das Üble an α-Strahlung ist, dass dabei Helium-Kerne absondert werden, die aufgrund ihrer hohen Masse (im Vergleich z.B. zu β-Strahlung) eine hohe Schadwirkung erziehlen können. Glücklicher Nebeneffekt: sie kommen auch nicht weit, ein bisschen Luft oder im Zweifelsfall die oberen Hautschichten halten α-Strahlung ab. Problematisch wird es, wenn es in den Körper gelangt. Die Schwermetalle machen sich dann in allen möglichen Organen häuslich ein und richten über einen langen Zeitraum — beide haben hohe Halbwertszeiten57 — radiologischen Schaden an.
Plutonium ist dabei aber etwas schlimmer als Uran, denn es hat eine kürzere Halbwertszeit (24.110 Jahre statt 4,5 Milliarden). Dadurch strahlt es häufiger bei gleicher Menge und erreicht somit schneller extrem schädliche Bereiche.

Dass man in Reaktor 3 Plutonium einsetzt hat, bedeutet aber trotzdem keine besonders gesteigerte Gefahr gegenüber den Nachbarreaktoren. Tatsächlich sind Brennelemente mit einer Mischung aus Uranoxid und Plutoniumoxid nicht selten. Sie finden auch hier in Deutschland Verwendung. Der Grund ist einfach: Plutoniumoxid, konkret mit Pu-239, entsteht in gewissen Mengen58 als Nebeneffekt im Kernkraftwerk, hat aber noch Potential zur Kernspaltung (wie U-235). Es wäre also verschwendet, würde man es als Atommüll deklarieren. In der Wiederaufbereitungsanlage wird das Pu-239 vom Rest getrennt und zusammen mit frischem Uran-235 in sogenannten Mischoxid-Brennelementen (MOX-Brennelement) zum Kernkraftwerk gebracht. Der Anteil spaltbaren Materials bleibt dabei im Wesentlichen gleich, teilt sich jetzt aber auf U-235 und Pu-239 auf. []

Warum dauert es so lange, die Stromversorgung der einzelnen Blöcke wieder herzustellen?

Stück für Stück wächst der Anteil in der Kraftwerksanlage, der wieder mit Strom versorgt ist. Aber es dauert. Es ist eben nicht so einfach, da die Kabeltrommel auszurollen und den Stecker in die Steckdose zu stecken.
So ein Kraftwerk ist ein komplexes Gebilde, bei dem selbst kleinere Unterschiede andere Elektronik erfordern. Die Baujahre der ersten vier Blöcke liegen ca. 2 Jahre auseinander, die Anlagen sind von unterschiedlichen Firmen – das Prinzip des SWRs ist gleich, aber die Bauteile sind vermutlich alles andere als das. Außerdem ist der Schadensverlauf unterschiedlich, sodass nicht klar ist, was überhaupt noch funktioniert.
Ausführlich hat Eng in den Kommentaren etwas dazu geschrieben. []

Bonus-Track: Fukushima in Bananen-Äqulivalenz-Dosis

Und für alle die, die bis hier her ausgehalten haben, noch ein kleines Schmankerl: Bananen sind leicht radioaktiv — erfahrene physikBlog-Hasen wissen das bereits. In Bananen ist Kalium enthalten, dass natürlichweise auch zu 0,012 % aus dem radioaktivem Kalium-40 besteht. Durch das Essen einer Banane wird man somit einer Strahlendosis von etwa 0,1 µSv ausgesetzt59.
Das bedeutet also, dass die Leute in Tokyo einer Strahlung ausgesetzt sind60, die etwa einer Banane pro Stunde entspricht. Vermutlich ist das nicht so gesund, liegt aber wohl eher an der dann unausgewogenen Ernährung. []

Schlussworte

Ohne die besten Leser und Kommentatoren aller lila physikBlogs da draußen wären wir nichts. Und dieser Artikel auch nicht. Denn in den vielen vielen Kommentaren zu unseren letzten Artikeln kamen über die sachlichen Diskussionen Ergebnisse, die uns geholfen haben, den Artikel zu schreiben.

Ich gehe mal davon aus, dass das hier nicht anders wird.
In diesem Sinne: fröhliches Kommentieren!

Änderungen am Artikel

21.03. 18:20 Uhr: Frage/Antwort zu Plutonium im Reaktor 3 hinzugefügt.
21.03. 18:45 Uhr: Fußnote zur Entwicklung von Robotern durch die Kraftwerksbetreiber hinzugefügt
21.03. 19:50 Uhr: Änderung beim Ablauf der Kernschmelze: eine direkte Explosion in Folge einer Kernschmelze wurde früher mal angenommen, mittlerweile nicht mehr — insbesondere wegen Stickstoff als Schutzgas13. Ein reines Durchschmelzen scheint der wahrscheinliche Weg zu sein61.
21.03. 21:30 Uhr: Kleine Änderungen. Zur Verdeutlichung die nicht vorhandene INES-Einstufung von Block 5 & 6 erwähnt. Am Ende des zusammenfassenden Teils, kurz vor den Fragen, die Sekundärliteraturlinkliste noch um zwei Wikipedia-Links erweitert: Fukushima I nuclear accidents und Timeline of the Fukushima nuclear accidents. Wolfram-Alpha-Links durch Kurz-URL-Äquivalente ersetzt.
22.03. 18:30 Uhr: Containment in Fukushima ist gegen 4 bar ausgelegt, nicht 8 bar (das sind typische Druckwasserreaktoren in Deutschland).
23.03. 10:00 Uhr: Stand der Reaktorblöcke aktualisiert.
23.03. 13:31 Uhr: Frage/Antwort, warum die Stromversorung so lange braucht hinzugefügt.
27.03. 16:00 Uhr: Frage/Antwort zu verschiedenen Einheiten der Strahlungsmessung hinzugefügt.
27.03. 22:35 Uhr: Stand der Reaktorblöcke aktualisiert, einen neuen Weitere-Infos-Link hinzugefügt.
30.03. 00:33 Uhr: Antwort zur Schädlichkeit von Plutonium etwas überarbeitet.
05.04. 15:30 Uhr: Stand der Reaktorblöcke etwas aktualisiert (in kurz: Wasser überall, wo es nicht sein soll, Strom in den Maschinenhäusern, alles andere relativ unverändert)
11.04.: Es gibt ein Diskussions-Forum zu Unfall! Im passenden Blog-Artikel findet ihr etwas mehr Info.

  1. Wer den Beitrag von Samstag kennt, wird ein paar Überschneidungen feststellen. Aber dazwischen findet sich auch Neues. Durchhalten! []
  2. Das funktioniert mit Wasser deswegen so gut, weil es leicht ist. Stellt euch vor, ihr nehmt einen Tischtennisball (= Neutron) und schießt ihn auf eine Billiardkugel (=schwerer Kern) – der Tischtennisball wird zurückprallen und nicht langsamer werden. Tischtennisball auf Tischtennisball wird dafür sorgen, dass der andere Ball schneller wird und unser Startball langsamer ? wir haben das Neutron gebremst. []
  3. Die haben wir mittlerweile ja gestoppt. []
  4. direkt nach Abschalten etwa 5% der ursprünglichen Leistung []
  5. Die Pumpen für den Primärkreislauf haben eine Leistungsaufnahme von ca. 7 MW und werden mit 10 kV betrieben! []
  6. Betriebsdruck: 70-80 bar. []
  7. In deutschen Kernkraftwerken kommen dafür übrigens Wallmann-Ventile mit eingebauten Filtern zum Einsatz, die radioaktive Stoffe auf ein hunderstel reduzieren sollen. []
  8. Quelle: Zusammenfassung des BMU. []
  9. Das Reaktorgebäude wird ab und zu als »secondary containment« bezeichnet, hat aber keine hermetische Abriegelung gegenüber der Atmosphäre. (Siehe Kommentar von Christoph) []
  10. Die brauchen dann sinnvollerweise nicht mehr so viel Leistung wie die Pumpen im Primärkreislauf. []
  11. Quelle: http://www.insc.anl.gov/matprop/uo2/melt.php []
  12. Schmelzpunkt: ca. 1500 °C, hängt von der genauen Zusammensetzung ab. []
  13. Siehe Kommentar von Susi [] []
  14. Quelle: JAIF-Report, Karte auf Seite 3. Ich habe allerdings in den offiziellen Pressemitteilungen der NISA (Beispiel) nur 10 gefunden, das AKW Tokai fehlt dabei. Keine Ahnung warum. []
  15. Station Blackout Diesel Generators. []
  16. Quelle: Technology Review bzw. diese Übersicht der Tsunami-Ankunftszeiten. []
  17. Quelle: Kurzbericht der GRS, die sich auf AKW-Betreiber TEPCO berufen. Alle weiteren Zahlen zu der Anzahl der Brennelemente in den Becken ebenfalls dieser Bericht. []
  18. als der Druck 8,4 bar überschitten hat — ausgelegt war er für 4 bar. Quelle: Zusammenfassung des BMU. []
  19. Die Zeit, nach der nur noch die Hälfte des Stoffs vorhanden ist. []
  20. Stickstoff ist deswegen da, weil es als Schutzgas eingesetzt wird. []
  21. Quelle: JAIF-Report vom 18.03. []
  22. Übrigens wird der Reaktordruckbehälter mittlerweile über Feuerlöschleitungen gefüllt. []
  23. Er liegt dabei auf einer Höhe mit dem Unfall im AKW Three Mile Island in den USA, bei dem es nach Aussetzen der Kühlung zu einer teilweisen Kernschmelze kam. []
  24. Das geschieht normalerweise durch einen aktiven Kühlkreislauf. []
  25. So ein Ding mit 58 m Gelenkarm, die mit einer Förderleistung von 50 m3/h betrieben wird. []
  26. Quelle: TEPCO Pressemitteilung []
  27. Quelle: Zusammenfassung der GRS, Stand: 27.03.2011, 20:00 Uhr. []
  28. Übrigens erreichen die dort gelagerten Brennelemente eine Leistung über die Nachzerfallswärme von etwa 2 MW (Quelle: Kurzbericht der GRS). []
  29. Temperaturdaten aus den Presseberichten von NISA und JAIF []
  30. 74 Bq/cm3, das ist ca. 2.000 mal mehr als erlaubt. Wie schlimm das jetzt aber wirklich ist, wissen wir leider auch nicht. []
  31. Vermutlich noch ein Stück besser? []
  32. Aber Achtung, mit der nötigen Skepsis genießen! Aber das solltet ihr bei dem Thema sowieso immer und überall. []
  33. Das Fachwort dafür ist: »Wirkungsquerschnitt«. []
  34. Zeitraum: Sekunden, Stunden oder gar Jahre. Das ist völlig unterschiedlich. []
  35. Allerdings auch nur bei extrem hohen Temperaturen mit über 2000°C. []
  36. Quelle: Kurzbericht der GRS []
  37. Dort sind typische Daten von deutschen Siedewasserreaktoren mit 1300 MWel angegeben. []
  38. Streng genommen gibt es noch eine Stabposition in der Mitte, durch die Wasser fließt — Temperatur und so. Aber wir wollen ja hier nur grob abschätzen. []
  39. Durchmesser der Uran-Pallets bei 12,5 mm, aktive Höhe 3,8 m []
  40. Quelle: Reaktortechnik-Skript, allerdings für einen typischen Druckwasserreaktor. []
  41. Siehe auch Wikipedia Kernkraftwerk Brunsbüttel. []
  42. Tatsächlich gibt es Vermutungen, dass die Strahlung die Evolution mit voran getrieben hat []
  43. 1 mSv (milli) = 1.000 µSv (mikro) = 1.000.000 nSv (nano). []
  44. Ein besonders schlechtes Beispiel war ein »Experte« in einer Radiosendung, der mit dem bisherigen Maximalwert von 400 mSv/h ausgerechnet hat, dass die Techniker spätestens nach einem Tag tod sein müssen (weil man dann im Bereich von 10 Sv ist, siehe übernächste Frage). Dass es aber nur kurz so stark war, schien er unter den Tisch fallen gelassen haben. []
  45. Also ?-, ?-, ?-, und Pony-Strahlung. Eine von denen haben wir soeben frei erfunden. []
  46. Minuten oder nur Sekunden. []
  47. Das heißt, es entsteht ein radioaktives Isotop eines bekannten Elements. []
  48. Damit ist nicht euer Nachbar gemeint, sondern Kakerlaken und anderes solches Krabbelvieh. []
  49. Mikrosievert pro Stunde, s.o. []
  50. Siehe auch Symptome der Strahlenkrankheit der Wikipedia. []
  51. Das ganze scheint auf Daten zu basieren, die auch in diesem PDF, S. 17 verwendet werden. []
  52. Wochen? Monate? Jahre? []
  53. Bei einem Erwachsenen ca. 75 mg in einer einzelnen Dosis []
  54. Es wird dazu Forschung betrieben, hier auch ein Wikipedia-Artikel. []
  55. Laut dieserm Interview haben die Betreiber in Japan die Entwicklung von passenden Robotern abgelehnt, weil es dafür keinen Bedarf gebe. [via Kommentar von hilti] []
  56. Wir beziehen uns hier auf die häufigen Isotope U-238 und Pu-239, die in den Brennstäben vorkommen. []
  57. Ganz im Gegensatz z.B. zu Iod-131 oder Caesium-137. []
  58. ca. 1 % eines abgebrannten Brennelements aus einem Leichtwasserreaktor ist Plutonium — ganz im Gegensatz zu einem Brutreaktor, dessen Aufbau auf die massive Produktion von Plutonium ausgelegt ist. []
  59. Quelle: http://www.ehs.unr.edu/Documents/RadSafety.pdf, Seite 31 []
  60. Daten wie oben vom 17.03. []
  61. Quellen dafür: Vorlesungsskript sowie eine Beschreibung des Karlsruher Instituts für Technologie. []
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947 Antworten auf Eine Zusammenfassung der Probleme bei Fukushima I

  1. Silene sagt:
    #901

    Erst gestern hat man 195 Tonnen Wasser in das Abklingbecken von Block 4 gepumpt, und jetzt meldet TEPCO, dass das Wasser dort wieder eine Temperatur von 90 °C erreicht hat. Der Wasserpegel soll jetzt 2m über den Brennelementen liegen, nahe der Wasseroberfläche wurde eine Strahlung von 84 mSv/h gemessen. Die hohen Werte werden als Indiz dafür gewertet, dass die Brennstoffstäbe beschädigt sind.

    Quelle: http://www3.nhk.or.jp/daily/english/13_35.html

  2. Dirk sagt:
    #902

    @Mechthild. Dafür nicht. Deine Kommentare lesen sich super. Danke dafür.

    Grad gefunden:
    http://cryptome.org/eyeball/daiichi-npp7/daiichi-photos7.htm

  3. Dirk sagt:
    #903

    @silene. Bei 2MW Wärmeleistung von den BS muss reichlich Wasser nachgeführt werden wenn der Kühkkreislauf nicht funktioniert.
    Tepco hat auch eine 400ml Wasserprobe aus B4 entnommen. Dadurch ist bestätigt worden das einige der BS beschädigt sind.(fragt sich nur was Tepco unter einige versteht..)
    Ich meine auch irgendwo anders noch gelesen zu haben das die Wasserprobe mit anderen Proben, die in den Sammelbecken gezogen wurden, verglichen werden soll, damit man weiis ob wasser aus den B4 in den Sammelbecken gelaufen ist.
    http://english.kyodonews.jp/news/2011/04/85259.html

  4. ilseluise sagt:
    #904

    @mechthild – 920
    “(Cäsium hat schon nach 100 Tagen den Menschen zur Hälfte wieder verlassen) ”
    Welches Cäsium?
    Bei wikipedia liest sich das ganz anders: “Insgesamt sind 39 Isotope und 23 weitere Kernisomere des Caesiums bekannt. In der Natur kommt nur das Isotop 133Cs vor. Caesium ist daher ein Reinelement. Von den künstlichen Isotopen haben 134Cs mit 2,0648 Jahren, 135Cs mit 2,3 Millionen Jahren und 137Cs mit 30,17 Jahren mittlere bis sehr lange Halbwertszeiten, während die der anderen Isotope zwischen 17 µs bei 113Cs und 13,16 Tagen bei 136Cs liegen.[22]

    Ein wichtiges künstliches Isotop ist 137Cs, ein Betastrahler mit einer Halbwertszeit von 30,17 Jahren.[23] 137Cs zerfällt mit einer Wahrscheinlichkeit von 94,6 % zuerst in das metastabile Zwischenprodukt 137mBa, das sich mit einer Halbwertszeit von 2,552 Minuten durch Gammazerfall in das stabile Barium-Isotop 137Ba umwandelt. Bei den restlichen 5,4 % gibt es einen direkten Übergang zum stabilen Barium-Isotop 137Ba. Zusammen mit weiteren Caesiumisotopen entsteht es bei der Kernspaltung in Kernreaktoren.”

    Gemessen wir zur Zeit m.E. Cs137 – Halbwertszeit 30 Jahre!! und nicht 10 Tage!

    In 5 Jahren sind wir “Alten” alle unser eingelagertes Cs137 von Tschernobyl ZUR HÄLFTE los … nur weil es durch die Nahrungskette in Menschen und Tieren eingelagert ist, ist es in der Umwelt jetzt nicht mehr bei uns so messbar!

    und in Japan wird das genauso laufen … Die “rumliegenden Isotope” verschwinden ja nicht so einfach!

    Und noch ne Frage: Gibt es denn überhaupt Mess- oder Nachweismethoden für die vielen verschiedenen bei wikipedia angezeigten CS-Isotope? Wenn ja, wurden solche spezifischen Werte schon irgendwo veröffentlicht?

  5. ham sagt:
    #905

    @ilseluise #924: Mechtild meint die biologische Aufenthaltszeit in unserem Körper. Die chemische und damit biologische Reaktion von Isotopen ist identisch. Wir nehmen eine bestimmte Menge auf, aber wir scheiden auch wieder aus, das bestimmt vor allem bei höheren Halbwertzeiten die biologische “Verweilzeit” im Körper. Darin besteht ein ganz großer Unterschied für die jeweiligen Elemente, aber nicht für Isotope (wegen gleicher chemischer Reaktion)! Das ist einer der wichtigsten Faktoren (neben Strahlungsart, Halbwertzeit) für die unterschiedliche biologische “Gefährlichkeit” von verschiedenen Elementen. Es gibt Nachweismethoden für die unterschiedlichen Isotope, aber recht aufwendig. ABER wichtig: die Verweilzeit im Körper ist die Zeit zwischen Aufnahme und Ausscheidung und das hat nicht wirklich was (bei kurzen Halbwertzeiten schon ein wenig) mit dem Isotop zu tun.

  6. ilseluise sagt:
    #908

    hi nochmals @ mechthild
    wikipedia schreibt zur biologischen Aufenthaltszeit in unserem Körper: “Biologische Bedeutung [Bearbeiten]

    Caesium kommt normalerweise nicht im Körper vor. Mit der Nahrung aufgenommenes Caesium wird auf Grund der Ähnlichkeit zu Kalium im Magen-Darm-Trakt resorbiert und analog zu Kalium vorwiegend im Muskelgewebe gespeichert. Die biologische Halbwertszeit, mit der Caesium vom menschlichen Körper wieder ausgeschieden wird, ist abhängig von Alter und Geschlecht und beträgt im Durchschnitt 110 Tage.[29]

    Also 100 Tage mehr als nur 10 (!) von Mechthild.
    Außerdem wird ja immer wieder neues aufgenommen, solange es in der Nahrungskette ist – oder?

    danke für die freundlichen Antworten an mich als NEUE. die hier schon seit Mitte März mitliest :-)

  7. H.H.Herzog sagt:
    #909

    @Mechthild (#920) esp. / et al.

    …faszinierend, was man hier lernen kann. Ein Danke!
    Traurig stimmt allein der bedrückende Hintergrund des Diskurses.

  8. Orvai sagt:
    #910

    Mechthild hatte von 100 Tagen geschrieben, nicht von 10.

  9. ham sagt:
    #911

    @ilseluise #924: Schaue mal auf die #1 des Links 926. Da ist als biologische Halbwertzeit für Cs-137 70 Tage für Ganzkörper und 140 Tage für Muskulatur angegeben. Das gleiche aber für die anderen Cs-Isotope (Chemie findet nicht im Kern, sondern “ganz” weit weg, an den Elektronen statt”, die unterscheidet nicht zwischen Isotopen). Die Bestimmung dieser Verweilzeit ist (nach meiner Meinung) nicht ganz einfach. Und natürlich hast Du recht, dass Cs neu aufgenommen wird (solange noch in Nahrungskette, deshalb Überwachung und Vernichtung von Pilzen und Wildschweinen in Teilen Süddeutschlands bis heute). Das nennt man ein dynamisches System (in diesem Fall mit abnehmender Quelle und konstanten Abbauraten). Um die Neuaufnahme zu minimieren, werden die belasteten Lebensmittel vernichtet. Somit ist deine Aussage aus #924 in Absatz “In 5 Jahren….” natürlich nicht richtig! Und Hinweis auf #930 und volle Zustimmung zu #929.

  10. Andi sagt:
    #912

    Wow! Wir nähern uns hier der 1000-Kommentare-Marke und die Inhalte der Kommentare nehmen kein Stück in ihrer Bedeutung oder Interessantheit ab. Im Gegenteil! Die Links die ihr zusammentragt, das Erläutern und Diskutieren davon ist äußerst großartig! Tausend Dank!

    Wir haben uns überlegt, dass die Kommentare langsam nicht mehr der richtige Ort für diese Fülle an Informationen sind. Es wird immer unübersichtlicher und besonders für Anfänger, die in das Thema einsteigen wollen, schwer auf dem Laufenden zu bleiben.

    Daher haben wir ein Spin-Off gemacht! Wir haben ein Forum erstellt, in dem die zukünftigen Diskussionen und Infos zusammengetragen werden sollen. Dabei auf dem Niveau, wie ihr es hier gewohnt seid!

    http://fukushima.physikBlog.eu/

    Morgen werde ich dem Board einen eigenen Blogpost widmen und es der ganzen Welt bekannt machen. Ihr harter Kern bekommt ihn jetzt schon ;) .

    Wir brauchen eure Hilfe: Es wäre schön, wenn ihr mithelfen würdet, Diskussionen und Links hier aus der Kommentarspalte des Artikels dort hin zu übertragen. Wie die Form dessen sein soll, habe ich dort bereits geschrieben. Langfristiges Ziel: Wir haben einen großen Wissenskatalog in Forumform, der seines Gleichen in Deutschland sucht. (Man muss sich auch hohe Ziele setzen, oder?)

    Moderator wird, wer es werden möchte. Schreibt mir einfach irgendwo.
    Auch wird vorerst unser Eingreifen gelockert. Ihr dürft endlich über Off-Topic-Dinge schreiben. Grund: Solcher Content ist Forumform einfacher zu ignorieren, wenn man sich damit nicht auseinandersetzen will.

    Die Kommentare dieses Beitrags bleiben (vorerst) weiter geöffnet, als Anlaufstelle sowie für Fragen / Infos, die sich auf ihn beziehen.

    Ich hoffe, ihr seid mit im Boot!

  11. ham sagt:
    #913

    @Andi: Da muss ich mich wohl erstmal einarbeiten! PS: Könnt Ihr die Uhrzeitanzeige im Forum auf 24 h umstellen?

  12. #914

    @Mechthild (866)

    So so, das mit der Einheit Sievert für die biologische Äquivalenzdosis verschiedener Arten von Radioaktivität ist hochinteressant! Das Ding ist also mindestens so menschgemacht wie Definitionsversuche biologisch vergleichbarer Messeinheiten für wahrgenommene Lautstärken (dBA, Sone) oder Geruchsstärken (Olf). Und durch die ganzen unentwirrbaren Folgewirkungen von Zerfallsketten verschiedener Nuklide und ihren biologischen Halbwertzeiten und vermuteten Anreicherungen in Organen und deren Schädigungsempfindlichkeit (bei meist fehlender Nachweisbarkeit von Alphastrahlern im Körper) erweist sich das ganze also letztendlich nur als ein ganz großes Stück (mehr oder weniger faules) Statistikpriesterhandwerk.

    Und da wird einem also eingeredet, das BUMS (BUndesaMt für Strahlenschutz) wüsste genau was es tut. Wenn da im TV Joachim Bublath über bei beliebigen Schwellwerten nervig laut quäkende Elektrosmog-Messgeräte ohne Spektralanalyse spottet (die man meist bei Versandhändlern im selben Sortiment wie Wünschelruten findet), nach der GWUP (Gesellschaft zur Wissenschaftlichen Unterdrückung von Parawissenschaften) schreit und am liebsten jedem der zur “Rute” greift mit dem Rohrstock droht, tun die so, als hätte das BUMS längst bewiesen dass nichtionisierende Strahlung in haushaltsüblichen Dosen völlig harmlos und von Kritikern geforderte niedrige Grenzwerte “in Pudding gemeißelt” seien.

    Doch die Sievert-Definition öffnet einem mal wieder die Augen, dass die “Profis” von der BUMS letztendlich auch nur mit Wasser kochen (oder war das Dideuteriumoxid?), denn wenn irgendwas ganz klar “in Pudding gemeißelt” ist, dann wohl die offizielle Berechnung der Äquivalenzdosis.

    (Damit es klar ist, ich verstehe den Unterschied zwischen ionisierender und nicht ionisierender Strahlung (das eine schießt durch chemische Reaktionen z.B. Atome aus der DNA, das andere zerrüttelt sie durch mechanische Resonanz, wobei Phänomene wie Freak Waves die Untersuchbarkeit ähnlich schwierig machen wie beim Sievert). Doch der Handymast vor meinem Fenster und das WLAN des Nachbarn ist mir definitiv näher als das Plutonium in Fukushima. Solange ich kein von dort importiertes Lebensmittel essen muss, ist Mobilfunk das für mich biologisch relevantere. Für Anwesende in Japan sieht das natürlich anders aus. Ich hoffe das war nicht zu off-topic, doch die Sievert-Definition zeigt mal wieder, wie wenig man biologisch relevanten Grenzwerten trauen kann. Abgeschalteter Mobilfunk hört sofort auf zu strahlen. Beim AKW geht das leider nicht so einfach.)

  13. Silene sagt:
    #915

    Ich möchte malkurz zusammenfassen, wie es einen Monat nach dem Tsunami mit der Meereskontamination aussieht:

    Die Werte von I-131, Cs-137 und Cs-134 in der Nähe des Kraftwerks schwanken noch immer sehr stark. Der letzte große Peak wurde am 08.04. gemessen, seitdem sind die Messwerte um fast zwei Zehnerpotenzen gefallen. Möglicherweise hat das etwas damit zu tun, dass die Kühlwassereinspeisung in die Blöcke 1 und 3 nicht mehr richtig klappt und deshalb insgesamt weniger kontaminiertes Wasser hinausgedrückt wird. Vielleicht hängt das aber auch damit zusammen, dass nun Süßwasser anstelle von Meerwasser zum Spülen verwendet wird. (Spekulation: es könnte hier zu Interaktionen mit dem Grundwasser kommen, Stichwort “Süßwasserlinse”.)

    Entlang der Küste hat sich die Radioaktivität weit ausgebreitet. TEPCO misst über eine Länge von 26 km seit einer Woche ziemlich konstante Werte von jeweils etwa 1000 Bq/l für alle drei o.g. Isotope. Man hat den Eindruck, dass sich eine Art Fließgleichgewicht ausgebildet hat. Im Vergleich zum Caesium sind die Iodwerte kaum gesunken, es wird also noch immer frisches Material nachgespült!

    Weiter draussen auf See ist das Bild uneinheitlich, da sich die Radioaktivität nicht gleichmäßig verteilt, sondern strömungsbedingte “Schlieren” bildet. An einem Messpunkt, 15 km vor Minami-Soma City sind die Werte praktisch genauso hoch wie an der Küste. An anderen Messpunkten liegen sie z.T. deutlich niedriger. Es fällt jedenfalls auf, dass die Kontamination weiter an der Wasseroberfläche hängt und nicht in das Tiefenwasser abgesunken ist.
    40 km vor Fukushima 1 hat das MEXT eine Cs-137-Aktivität von 70 Bq/l und eine I-131-Aktivität von 90 Bq/l im Meerwasser ermittelt. 60 km vom Kraftwerk entfernt wurden weniger als 15 Bq/l gemessen.

    Bei den eben genannten Messwerten handelt es sich um filtriertes Meerwasser. Man kann aber davon ausgehen, dass die radioaktiven Isotope inzwischen in nicht unbedeutender Menge vom Plankton gebunden und in die Nahrungskette weitergeleitet wurden. Hierzu liegen keine Messungen vor.
    Allerdings meldet NHK, dass die Radioaktivität in Fischen und Meeresfrüchten stark ansteigt. Bei Sandaalen hat das MEXT 12500 Bq/kg Caesium ermittelt. Vor der Küste von Fukushima wurde der Fang von Seeigeln und das Ernten von Meeresschnecken (Abalone) eingestellt.

  14. Mechthild sagt:
    #916

    Huch, eine Schnellabschaltung :-0 Hoffentlich reicht der Generator-Schwung für ein geordnetes Wiederanlaufen…

    Morgen werde ich dem Board einen eigenen Blogpost widmen und es der ganzen Welt bekannt machen.

    Wie verhält sich das Vanilla-Forum denn gegenüber Suchmaschinen ?

    Die Kommentare dieses Beitrags bleiben (vorerst) weiter geöffnet, als Anlaufstelle sowie für Fragen / Infos, die sich auf ihn beziehen.

    Na, dann werde ich mal meine Aktivität hier zum Abschluss bringen.

  15. Andi sagt:
    #917

    @Mechthild (#936): Ich hoffe das auch – klappt aber nur, wenn wir die Generatorlast auf möglichst viele, gut leitende Kabel verteilen, die wissen wo es hin geht ;) . Ok, die Metapher. Naja. Klappt jedenfalls nur mit euch :) .

    Suchmaschine: Das sollte ähnlich wiedes Blog sein. Eher sogar besser, da man keine Seite mit 250 Kommentaren mehr hat, sondern viele, strukturiertere.
    Aktivitäten: Hier zu Ende bringen, damit du sie hoffentlich drüben fortführen kannst ;) ?

    Ich bin mir nicht sicher, ob es heute bereits ein Blogpost gibt. Beim Forum sind noch ein paar Dinge unvollständig und noch nicht ganz ausgegoren. Das will ich erst noch richtig machen.

  16. Mechthild sagt:
    #918

    Liebe ilseluise, vielen Dank für Deinen Einwand 924 und 928 und ebenso Dank an ham und Orvai für die Klärung.
    Ich habe noch ein paar Ergänzungen:
    Manche Wikipedia-Autoren neigen zu wuchtigen Zitaten. So ist Cäsium#22 nicht sehr erhellend, anschaulicher finde ich die in einem besser zur Fragestellung passenden Wikipedia-Artikel Spaltprodukt#2 verlinkte koreanische Nuklidwolke, in der Du hier die Cäsiumreihe findest mit farbig angezeigter Halbwertszeit. Wie man an der Wolke sieht, gibt es für jedes chemische Element (d.h. hier “in jeder Zeile”) einen Haufen Isotope mit geringer Haltbarkeit (dh. sehr hohem oder sehr niedrigem Neutronenanteil im Kern), die man nur messen kann, wenn man entweder bei der Erzeugung dabei ist oder wenn das Zerfallsprodukt längerlebig radioaktiv ist. Wir sind derzeit bei der Erzeugung von U235 und (im Core von Block 3) Pu 239-Spaltprodukten dabei, was zwar einen Haufen verschiedene Nuklide erzeugt, aber nicht zu jedem chemischen Element alle bekannten Isotope.
    Mit einer Strahlenmessung können wir grundsätzlich nur sehen, was einerseits lange genug lebt, um rauszukommen und andererseits kurz genug lebt, um während der Messzeit genugend Zerfälle zu produzieren. Dasselbe gilt auch für das biologische Individuum, so dass z.B. Cs135 (2,3Mio Jahre HWZ) gleichermaßen unauffällig (also erst in großen Stoffmengen messbar) und unbedrohlich ist (zumindest was die Strahlung angeht, siehe mein Beitrag zu Plutonium in #463)
    Die sogenannte radiologische Relevanz, das schon diskutierte “Maß für die Gefahr”, ist allerding gar kein Maß für ethische Unbedenklichkeit. Alle längstlebigen Spaltprodukte wie Cs135, die nicht konzentriert endgelagert werden, sondern sich im Meer oder anderswo verdünnisieren (und damit nicht mehr wirklich messbar sind), erhöhen für unseren Planeten die Mutationsrate, wie es die sogenannten natürlichen Radioaktiven stoffe seit der Erdentstehung tun. Niemand kann sich anmaßen, eine weitere Erhöhung dieser Rate für die Ewigkeit für verantwortbar zu halten.

    Die Begrifflichkeit Halbwertszeit ist im Zusammenhang mit lebenden Systemen recht fragwürdig. In #925 gebraucht Ham statt dessen “Verweilzeit”. Das gefällt mir. Eine “mittlere Verweildauer” wird dem Sachverhalt sicher mehr gerecht, denn: Das Phänomen “Radioaktiver Spontanzerfall” hat als Merkmal eine durch keine anderen Wirkungsmechanismen zu beeinflussende konstante Zerfallswahrscheinlichkeit (Für Philosophen: Woher weiss so ein Kern eigentlich, dass er jetzt dran ist damit, die eigentlich schon länger unhaltbare Situation mit seinem zu hohen oder zu niedrigen Neutronengehalt spontan ins reine zu bringen?)
    Das führt zu einer exponentiell abklingenden Anzahl von Kernen, die sich noch unschlüssig sind und dem Umstand, dass es niemals endet, dass also ganz selten auch mal einer ewig zaudert :-) Die Konstanz der Zerfallswahrscheinlichkeit führt zu einer streng konstanten Halbwertszeit.

    Das Leben ist aber weder konstant noch immun gegen andere Wirkungsmechanismen. Darum ist die Ausscheidungsrate eines einmalig aufgenommenen Gramms Cäsium nicht zwingend exponentiell. wie ham in #931#926 gezeigt hat, rechnet man bei Cäsium sogar mit zwei verschiedenen mittleren Verweildauern für den ganzen Körper und für die Muskulatur und zimmert per Exponentialmathematik eine resultierende Halbwertszeit von 110 Tagen. Ganz schön frech, die Muskelbelastung derart zu “verdünnen” (sicher hat jemand eine clevere Begründung dafür entwickelt). Warum macht man es nicht bei Strontium und Jod genauso ? Da wird schnell von “Organdosis” gesprochen und Muskeln sind kein Organ (ich hoffe, die haben auch berücksichtigt, dass ich starke Halsmuskeln entwickelt habe beim Kopfschütteln, die in Gamma-Reichweite meiner Schilddrüse liegen)
    Beim Strontium ist zu bedenken: 49 Jahre mittlere biologische Verweildauer… ich habe mal irgendwo gehört, dass nach 8 Jahren jedes Molekül meines Körpers erneuert sein soll. Gilt das etwa nicht für meine Knochen ? Wenn es diesen zyklischen Austausch aller Körperatome nach spätestens 8 Jahren gibt, wie passt das zu dem angenommenen exponentiellen Ausscheiden von einzelnen chemischen Elementen, bei denen immer ein Rest drin bleibt?

    Mein Fazit: Die Annahme einer biologischen Halbwertszeit hat vor allem den Vorteil, dass man damit leichter rechnen kann. Es handelt sich dabei um die in der Physik gern benutzte 1. Näherung an einen komplexen Sachverhalt. Die rein mathematisch aus exakter Zerfallswahrscheinlichkeit und angenährter Körperausscheidungswahrscheinlichkeit gezimmerte “effektive Halbwertszeit” ist dann auch nur eine Annährung, die nur so gut ist wie die Ausscheidung, die tatsächlich rauskommt.

    Liebe IlseLuise, Du hast völlig recht damit, dass es die Aufnahme radioaktiver Substanzen in den Körper ständig weitergeht, solange diese Substanzen in der Umwelt vorhanden sind. Bei langlebigen ist das eben ein Leben lang. Du solltest Dich allerdings von der Vorstellung befreien, die damals nach Chernobyl eingelagerten Cäsium-Zeitbomben warten immer noch auf die Explosion in Dir und wären nicht messbar. Tatsächlich kannst Du durch Essen von Pfifferlingen aus Polen und Wildschwein aus dem bayrischen Wald Deinen Cs137-Gehalt messbar erhöhen.

    Der Gedanke an eine “Einlagerung von Altlasten” ist angebrachter bei Strontium90, bei dem Neutronen-Haltbarkeit und mittlere Knochenverweildauer gleichermaßen hoch sind. Dieser weiche Beta-Strahler hat auch die von Dir beschriebene Wirkung, von außen nicht mehr messbar zu sein, denn er gibt die Energie im Knochen (-Mark, wenn er nah dran ist) ab, während die hauptsächliche Schadwirkung vom stärker strahlenden kurzlebigen Folgeprodukt ausgeht, das sich leider chemisch sehr leicht von der Lagerstätte Knochen löst.

    Inwiefern sich bei “uns Alten” damals erlittener Strahlenbeschuss noch in Krankheit wandeln wird, Dein sozusagen “eingelagertes” Krebsrisiko, das ist ein völlig anderes Thema,das sowohl bei der Schilddrüse durch kurzlebiges I-131, als auch bei Leukamie, z.B. durch langlebiges Sr-90 mit Jahrzehnten Verzögerung zuschlägt und über das wir deshalb auch in Zukunft noch neue Erkenntnisse gewinnen werden. Dass es z.B. einen eigenen 8-fach höheren Jod 131-Dosisfaktor für Kleinkinder geben würde, war zu Tschernobylzeiten noch undenkbar, denn die neue Erkenntnis stammt im Wesentlichen aus den Kliniken Weißrusslands. Bis jetzt ist allerdings noch kein Strahlenschutz-Verantwortlicher auf die Idee gekommen, auch den Radius der Evakuierungszone für Kleinkinder( und ihre Mütter) um den Faktor 8 zu vergrößern.

  17. ham sagt:
    #919

    @Mechtild #938: Danke auch von mir für deine ausführlichen, immer interessanten Erläuterungen und guten Quellen (Ich hoffe Du bist “beim Wiederanlauf” dabei!). Ich habe im Kommentar bewußt den Begriff “Verweilzeit” für die biologische Komponente verwendet, um in genanntem Kommentar den Unterschied zum allg. (physikalischen) Begriff Halbwertzeit klar zu machen, da ich den Eindruck hatte, dass die gleichgesetzt wurden. Tatsächlich wird von “biologischer Halbwertzeit” und ,wie Du richtig sagst, von “effektiver Halbwertzeit” gesprochen. Diese hängt wie geschildert von Neuaufnahme, Ausscheidung und Halbwertzeit der aufgenommenen Isotope ab; ist in der Realität eine dynamische Größe. Mir schienen da recht große Verständnisprobleme für grundsätzliche Sachen vorzuliegen, aber ich habe häufig nicht die Zeit und den Nerv, dieses jeweils so ausführlich wie Du zu erläutern. Danke für den Beitrag, ich wollte nicht mit Formeln kommen ;-)

  18. Tom sagt:
    #920

    @Mechthild #938: Hallo Mechthild, finde Deine Artikel immer wieder gut. Allerdings ist das Leben bedauerlicherweise noch etwas komplexer, Organdosen hin oder her.Es gibt in diesem Zusammenhang eine Vielzahl von Untersuchungen (z.B. “The Biological Mechanism of Low Ionizing Radiation: Induction on Inflammatory Reactions in Human Blood”, oder “Strahlensensibilität und DNA-Reparatur: Zum Mechanismus und Polymorphismus von Enzymsystemen zur Reparatur von DNA-Schäden”. Allen gemeinsam ist die Beobachtung von genetischen Schäden, d.h. einer Veränderung der DNA. Das kann u.a. Mutation infolge von Basenverlust oder – veränderungen, Einzel- und Doppelstrangbrüche, Intra- und Interstrangverknüpfungen sowie anderen Modifikationen.Die Folgen sind Verlust oder Veränderung der genetischen Informationen und umfassen ein weites Spektrum: minimale bis schwere Funktionsstörungen, einschließlich Teilungsunfähigkeit und Zelltod (Ursache für Strahlenfrühschäden) sowie geringfügige, zunächst die Zellfunktionen nicht beeinträchtigende Störung der Kontrolle von Teilung und Wachstum (Ursache für Strahlenspätschäden). An der Kontrolle sind die Genprodukte zahlreicher Gene beteiligt (Proto-Oncogene), deren Mutation zu graduellem Verlust der Kontrollfunktionen und schließlich zu unkontrollierter Zellteilung führen kann. Aus Proto-Oncogenen werden Oncogene.
    Das Schädigungssystem ist also hochkomplex aber durchaus bekannt.
    Die Schädigungen sind natürlich von der zeitlichen Verweildauer eines Strahlers im Körper abhängig, d.h. die Wahrscheinlichkeit eines Schaden nimmt zu. Aber es reicht aus, wenn der Strahler auch nur eine Stunde im Körper ist (Bsp. Radon in der Lunge). Hier wird die Umgebung halt sehr stark geschädigt (Gendefekte, hohes Ionisierungspotenzial)und damit ein Strahlenspätschaden sehr wahrscheinlich (Untersuchungen zur Radonbelastung). Die “Geschwindigkeit” mit der es zu einem Schaden kommt, hängt natürlich auch von der Zellteilungsrate ab (Kinder versus Erwachsene).
    Ergo: alles nicht so einfach, eher exponentiell schwierig.
    Deshalb (man erlaube mir die Bemerkung an dieser Stelle) Finger weg.

  19. Mechthild sagt:
    #921

    @Cyberyogi=OT=
    Pauschale Schmähungen sind nicht angebracht.
    Sievert ist als Einheit für äußerliche Strahlungsquellen physikalisch exakt definiert. Man kann sich nur streiten darüber, ob die Schadwirkung verschiedener Strahlenarten mit gleicher Sievert-Anzahl auch gleich ist und ob kleine Mengen Dauerbelastung die gleiche Wirkung haben wie ein kurzer heftiger Bums, bei dem hinterher das gleiche auf der Dosisanzeige steht.
    Das betrifft aber nur die Bewertung des Werts, nicht seine Ermittlung, denn man kann die Strahlung messen, egal, ob da ein Mensch in der Nähe ist oder nicht.

    Die gleiche Einheit Sievert anzuwenden auf Strahlungsquellen, die durch meinen Körper sausen, ist unphysikalisch, weil mein Messgerät nicht mit saust. Es handelt sich jetzt nicht mehr um eine messbare Größe, weil plötzlich darum geht, was der Mensch mit der Quelle macht bzw. die Quelle mit ihm. Es ist nur noch eine Hochrechnung, die versucht, eine Schadwirkung vorherzusagen.

    Um den Unterschied klarzumachen, mache ich folgendes Gedankenexperiment:
    Zwei Mädchen stehen in Fukushima City; nennen wir sie Aoi und Yui. Die beiden sind eineiige Zwillinge und unzertrennlich. Sie essen und trinken sogar das gleiche und neulich wurden sie mit einem aufwändigen Messgerät genau auf Radioaktivität gecheckt. Es war unglaublich: Aoi und Yui hatten exakt gleich viele Becquerel in sich und mit der gleichen Isotopenzusammensetzung. Nehmen wir an, sie wären bisher nur durch ihr Namensschild zu unterscheiden.
    Am Morgen des 15. März stehen Aoi und Yui direkt neben der Luftmessstation der Präfektur, als eine Iod-131 Wolke ankommt. Das Messgerät zeigt eine Dosis von 10 mSv/h an und löst eine Alarmsirene aus. Vor Schreck holen Aoi und Yui beide tief Luft und rennen nach Hause, was 6 Minuten dauert. Die Eltern sorgen dafür, dass die Kinder ab diesem Zeitpunkt vor jeder weiteren Strahlung geschützt werden. Die beiden Zwillinge versprechen sich, künftig wieder alles gemeinsam zu machen und jede Nahrung gerecht zu teilen bis an ihr Lebensende.
    Welche Dosis haben die beiden abgekriegt ? Nun, beide haben sich 6 Minuten lang in einer 10mSv/h Wolke aufgehalten. Das ist exakt messbar und es kommt eine Dosis von 1 mSv raus. Das ist allerdings nicht die Dosis, die sie abgekriegt haben, denn sie haben auch 6 Minuten lang die Wolke geatmet. Also muss jetzt so ein Dosiskonversionsfaktor her. Wir entscheiden uns der Einfachheit halber dafür, nur die Dosis für die Schilddrüse wissen zu wollen. Da gibt es einen Wert für Kleinkinder und einen für Erwachsene, welchen nehmen wir bei zwei 7-jährigen Mädchen? Nun, wir entscheiden uns einfach für den Mittelwert, also die vierfache Empfindlichkeit gegenüber Erwachsenen. Der errechnete Sv Wert für die Schilddrüse, der aus der Messung abgeleitet wurde, beschreibt nun das Risiko von Aoi und Yui, an Schilddrüsenkrebs zu erkranken. Wie hoch das Risiko in Zahlen ist, das lassen wir beiseite, denn da kann man sich ja drüber streiten. Viel interessanter ist: Sind wir uns einig, dass beide DIE GLEICHE DOSIS abgekriegt haben und damit das gleiche Risiko tragen ?

    Jetzt kommt die Preisfrage:
    Warum stibt Aoi im Alter von 17 Jahren an Schilddrüsenkrebs und Yui lebt glücklich bis in hohe Alter ?
    Haben wir einen Fehler bei der Messung gemacht oder einen bei der Berechnung ?
    Oder ist es einfach Zufall ? Denkt erstmal drüber nach – die Auflösung steht am Ende dieses Beitrags. Es sei nur so viel verraten: Zufall war es nicht.

    Hey CyberYogi=OT=Windler
    wir dürfen hier ja jetzt so richtig OffTopic werden :-) Mir ist es – gelinde gesagt – wurscht, was ein gewisser TV-Bublat unter Elektrosmog verstehen mag. Bei meinem vorletzten Link in #938 zu neuen Erkenntnissen im BMU (was hältst Du hier von der Abkürzung BUMISTUNSRECHT?) steht oben drüber groß ein Foto eines amtlichen eichfähigen Breitbandmessgeräts für niederfrequente E- und M-Felder vor dem Hintergrund einer Hochspannungsleitung, das definitiv keine Spektralanalyse kann. Nichtionisierend ist sie auch, die Leitung. Bei der Debatte über Erdkabel versus Mastenbau spielt das schon auch eine Rolle, wo welche Feldstärken auftreten. Nicht dass da plötzlich Erdstrahlung an den Wasseradern langläuft.

    Ansonsten passt Nicht-Ionisierende Strahlung kaum zum Thema Atomkraft. Dass es neben der thermischen Wirkung auch noch Resonanzeffekte gibt, die empfindliche Körperströme durcheinander bringen können, ist grundsätzlich vorstellbar, aber in der Schadwirkung nicht bewiesen. Wenn mit Elektrosmog die hochfrequente Strahlung gemeint sein sollte, so gibt es da noch weit mehr als nur das WLAN des Nachbarn zu beachten. DECT-SChnurlostelephone, Bluetooth, Undichte Mikrowelle. Hier hat man es mit einem Spektrum analyser einfacher als ein Breitbandmessgerät, was eine gewisse Analogie zeigt zu hpGe-Gammaspektrometern und Geiger-Müller-Zählern.

    Dass neben der thermischen Wirkung auch noch Resonanzeffekte als Wirkmechanismus die empfindliche Körperströme durcheinander bringen können, ist grundsätzlich vorstellbar, aber in der Schadwirkung nicht bewiesen. Zum derzeitigen Stand der Erkenntnis ist zu bemerken, dass es noch nicht ausgeschlossen ist, dass Dir nach länger als 10 Jahre dauernder Handynutzung ein Schaden entstehen könnte. Über Kindern liegen hier wieder mal keine Erkenntnisse vor.

    Nun zur Auflösung des obigen Rätsels:
    Hätten die Eltern von Aoi und Yui am 15.3. mit einem ß-Messgerät das Toilettenwasser gecheckt, so wäre ihnen aufgefallen, dass Yui an dem Tag erheblich mehr Strahlung beim Pinkeln freisetzt als Aoi. Dämmert´s nun ?

  20. Silene sagt:
    #922

    Ich habe die neuesten Meldungen zum Zustand der Reaktoren 1-3 im Board unter der Rubrik “Statusupdates” gepostet:
    http://fukushima.physikblog.eu/discussion/16/reaktoren-1-3-neuigkeiten-zum-status-der-druckbehaelter

  21. Bernhard sagt:
    #923

    @Mechthild #941

    So ganz verstehe ich Dein Gedankenexperiment nicht – sprich, worauf Du hinaus willst. Du sagst, es war kein Zufall, daß Aoi und nicht Yui gestorben ist, weil Yui einen größeren Teil des aufgenommenen radioaktiven Materials ausgeschieden hat. So jedenfalls verstehe ich Deine Auflösung. Und warum hat sie das? Zufall? Beide haben die gleiche Dosis abbekommen, aber genauso gut könnte ich mich fragen, ob sie beide die selbe Menge an radioaktivem Jod aufgenommen haben. Ich hätte jetzt erst mal erwartet, daß sowohl Aufnahme und Ausscheidungsrate der beiden gleich ist, wenn sie ununterscheidbar sind und immer das gleiche tun.

  22. Bernhard sagt:
    #924

    @Mechthild Nachtrag

    Hast Du schon mal auf die Webseite von CYBERYOGI geschaut? Ich glaube nicht, daß er mit rationalen, naturwissenschaftlichen Argumenten überzeugt werden will.

  23. Silene sagt:
    #925

    @ Bernhard
    Ich denke, dass Mechthild das nicht nur für CYBERYOGI schreibt. Es gibt viele stille Mitleser, die von solchen gehaltvollen Beiträgen profitieren. ;-)

  24. Walter sagt:
    #926

    @ Bernhard

    Mechthild will auf die Epigenetik raus. Selbst eineiige Zwillinge haben nicht den exakt gleichen Stoffwechsel, daher auch unterschiedliche Ausscheidungsraten.
    Eineiige Zwillinge haben zwar die gleiche DNA, aber z.B. unterschiedliche Fingerabdrücke.

    Letzten Endes ein verwirrendes Beispiel. Der eine Mensch stirbt halt bei 4 Sievert, der andere erst bei 10 Sievert Dosisleistung.

  25. Walter sagt:
    #927

    @Moderatoren

    Wieso brauche ich eine OpenID oder einen Google Account bei Eurem Board?

  26. Andi sagt:
    #928

    @Walter: Brauchst du nicht. Ist nur eine Option. Eine simple Anmeldung geht auch. Da ich die Idee hinter OpenID (/Google-ID) super finde, habe ich das auch einfach mal eingebaut.
    Du kannst auch anonym posten, wenn du willst – dann allerdings nicht mit allen Möglichkeiten.

  27. Mechthild sagt:
    #929

    Vielen Dank für die ganzen Ideen :-)
    Mir geht es hier vor allem darum, klarzumachen, warum Sievert für externe Bestrahlung als physikalische Einheit gelten kann, während Sievert für inkorporierte Strahlungsquellen nur als pauschal tabellierte Hochrechnung von zu erwartenden Strahlenschäden darstellt nach dem Prinzip: 1 Sv aus einer verschluckten Quelle “belastet” mich voraussichtlich “am Ende” genauso stark wie 1 Sv einer extern und einmalig von außen erlittenen Belastung. Das ist keine Physik mehr sondern eine empirische Rückwärtsrechnung aus einem sich ständig weiterentwickelnden Stand diverser anderer Wissenschaften, wo Tom #940 m.E. den Nicht-Spezialisten zu Recht rät: “Finger weg”. Es ist eine Tabelle von Dosiskonversionsfaktoren, die weder Praxis-nah, noch

    Alle von Euch bisher angebotenen Erklärungen fallen in die Kategorie “Zufall”, statistische Fluktuation, Variationen beim Stoffwechsel, bei der Krebsentstehung,etc.. Das sind alles reale Phänomene, die man nur in Gedanken ausschliessen kann. Wäre der Zufall an dieser Geschichte der entscheidende Faktor, könnte sich der Sievertgläubige Organdosenberechner darauf berufen, dass das Risiko der beiden tatsächlich gleich war und der ungleiche Tod Schicksal.

    Ich will aber darauf raus, dass das tatsächliche Risiko unterschiedlich war, obwohl alle berechenbaren Dosen gleich ausfielen.

    Wie Ihr alle erkannt habt, muss es irgendeinen Unterschied geben einen Faktor X, der bei Aoi anders war als bei Yui, obwohl alles gleich war, was für die Dosimetrie zur Verfügung steht. Gemeinerweise habe ich Euch bisher nicht die ganze Geschichte erzählt, sondern als Auflösung nur das Symptom angeboten, was messtechnisch zu ermitteln wäre (so sind wir halt drauf, wir ExperimentaphysikErynnen). Ich gebe noch einen Tipp:

    Offenbar haben Aoi und Yui sich in entscheidender Weise unterschiedlich verhalten. Denkt doch noch ein bischen drüber nach.

  28. Silene sagt:
    #930

    @Mechthild 941

    Sind wir uns einig, dass beide DIE GLEICHE DOSIS abgekriegt haben und damit das gleiche Risiko tragen ?

    OK, ich beiße auch mal an:
    Natürlich haben die beiden Mädchen nicht die identische Dosis abgekriegt. Wenn sie 6 Minuten lang die gleiche kontaminierte Luft geatmet haben, haben sie aber *wahrscheinlich* eine ganz ähnliche Dosis abbekommen. Dann bleibt aber noch die Frage, ob sich das inkorporierte Iod bei beiden im gleichen Maß in der Schilddrüse angesammelt hat. Unmöglich zu beantworten, da wir hier kein wirklich deterministisches System betrachten. Wolltest Du darauf hinaus?

  29. Silene sagt:
    #931

    Oder sind etwa Iodtabletten im Spiel? ;-)

  30. Walter sagt:
    #932

    @ Mechthild
    Mach mal langsam. Hier geht es m.E. darum, auch den interessierten Bloggern, die nicht unbedingt einen akademischen Grad besitzen, die Sachlage näher zu erläutern.

    Wenn Du willst, können wir uns gerne Formeln um die Ohren schlagen.

  31. Henri sagt:
    #933

    Mechthild, 949, schrub:

    Denkt doch noch ein bischen drüber nach.

    Wer worüber nachdenken soll, ist nicht gerade leicht nachvollziehbar (um das einigermassen diplomatisch zu formulieren). Wenn du eine schlüssige und einleuchtende Lösung hast, dann schreib sie doch hin. Und gerne auch etwas weniger verbos. ;)

  32. Silene sagt:
    #934

    @Henri
    Na, na. Wer wird denn so ungeduldig sein… :-) (ich!)

    Mechthild wollte uns zum Nachdenken anregen. Und das ist ihr gelungen!

  33. Henri sagt:
    #935

    To each his (or her) own, aber ich hätte lieber etwas mehr Fakten und weniger Prosa, gerne auch zum von Mechthild aktuell angeschlagenen Thema.

  34. Walter sagt:
    #936

    War nicht böse gemeint. Ich sag jetzt mal Peace.

    Mit dem neuen Board komme ich nicht ganz zurecht. Ich habe da einige Fragen, die sich nicht recht in die vorgeschlagenen Rubriken einfügen wollen:

    1. Reaktorblock 5 und 6 waren eigentlich immer sicher. Woher kommt das verseuchte Abwasser aus dem U-förmigen “Trench” bei Block 5+6? Die beiden Blöcke liegen lt. Höhenkarte ja 10m über den Blöcken 1-4. Fliesst da Wasser bergauf?

    2. Das hochkontaminierte Abwasser aus den Blöcken 3 und 2 ( und x) soll ja irgendwo umgepumpt werden. Die Zahlen variieren zwischen 50.000 – 70.000
    Tonnen.
    Vor einigen Tagen war mal die Rede von einem 18.000 Tonnen-Floss und einem Spezialschiff der Russen, das das Wasser entseuchen kann. Weiss jmd von Euch
    was da passiert?

    3. Tepco hat vor mehreren Tagen gemeldet, dass Unterwasserbarrieren aus Stahl
    installiert werden, um die Kontamination im Meer zurück zu halten.
    Was haltet Ihr davon?

  35. Dirk sagt:
    #937

    wo posten wir denn jetzt weiter? hier oder im neuen?
    oder etwa in BEIDEN?

  36. Silene sagt:
    #938

    @Walter 956
    Zu Frage #3 kann ich etwas beisteuern:
    Kyodo News meldet, dass sich die Radioaktivität innerhalb des “containment fence” (damit dürften wohl die Stahlbarrieren gemeint sein) über Nacht auf das 6fache erhöht hat.
    http://english.kyodonews.jp/news/2011/04/85935.html
    Das zeigt, dass da die Kontamination tatsächlich zurückgehalten wird. Wie lange das gut geht, werden wir sehen.

  37. Andi sagt:
    #939

    @Dirk: Bitte im Neuen! Ich werde mal die Fragen von Walter nach dort übernehmen…

  38. Andi sagt:
    #940

    @Walter: Ich habe deine Fragen ins Forum übernommen. Da das tatsächlich alles Fragen sind, passen sie natürlich wunderbar in die »Fragen«-Kategorie!
    #1, #2 und #3.
    Silenes Antwort auf #3 habe ich ebenfalls übernommen (und via Datenbankmagie direkt dem Account zugeordnet ;) ).

    –> Antworten auf die Fragen also bitte jetzt ins Forum. Danke.

  39. Mechthild sagt:
    #941

    @Silene951: Bingo, Jod-Tabletten spielen hier die entscheidende Rolle
    @Walter952: Ich stimme Dir hier zu, dass man hier keine abgehobenen Spezialthemen breiter als nötig treten sollte, finde allerdings, dass gerade Beiträge wie der von Tom 940 hochinteressant sind, weil man einen Einblick ins akademische Spezialgebiet kriegt. Danke Tom, auch für 701)
    Das Thema “Jodtabletten” gehört aber m.E. bei einem INES7 Ereignis auf jeden Fall zur “notwendigen Bildung für alle”
    @Silene950: Das ist *hoch*interessant, was Du da hingeschrieben hast. Vielen Dank für diese Steilvorlage;-) Du gebrauchst das Wort Dosis im Zusammenhang mit “nicht identisch, ganz ähnlich” und klammerst das Ansammeln in der Schilddrüse als eigentlich unbekannt aus. Ja, der Mensch ist kein deterministisches System. Das würden sicher die meisten so sehen.

    Unsere Strahlenschutzkunde kann sich das aber nicht leisten, denn die müssen ausrechnen, was noch tragbar ist und was nicht mehr. Die Dosis ist hier “gemessene Dosisleistung” (mSv/h) mal Einwirkdauer; für ideale Zwillinge direkt neben dem Messgerät mit so wenig Abweichung gleich, dass daraus unmöglich ein !signifikant! verschiedenes Risiko rauskommen kann. Auch die Belastung der Schilddrüse wird so berechnet: “Eingeatmete Aktivität mal Dosiskonversionsfaktor gleich Organdosis gleich Risiko für das Organ”
    Sicher ist so eine Wolke nicht homogen, aber wir wollen doch nicht akademisch werden. Auch derartige Unterschiede führen bei zwei gemeinsam heimlaufenden idealen Zwilligen nicht zu signifikant unterschiedlichen Organdosen.
    @Henri953: Gerne, kurz und klar: Es gibt keine zwei verschiedenen Dosiskonversionsfaktoren für Leute, die eine Jod-Tablette eingenommen haben und Leute, die das nicht getan haben. Es gibt nur Unterschiede für Kleinkinder und Erwachsene (siehe#854.) Daraus folgt: Beide haben die gleiche Organdosis in mSv abgekriegt; egal wieviele Bq wirklich in ihrer Schilddrüse stecken. Würde man die im volksnahen Sinne “tasächlich abgekriegte” Dosis wissen wollen, könnte das nur eine Messung klären, und ich habe es bereits geschrieben: Das Messgerät saust nicht mit im Körper rum.
    @All: Tatsächlich ist aber bei stark kontaminierten Opfern ein sog. Ganzkörperscan und Urin-Aktivitäsbestimmung üblich, um von den Hochrechnungen wegzukommen, doch ist der Aufwand nur mit kleinen Opferzahlen praktisch machbar- und misst natürlich nur die Strahlung, die es schafft, den Körper zu verlassen.

    Nun gut, ich werde die ganze Geschichte von Aoi und Yui noch am Sonntag veröffentlichen, allerdings nicht mehr hier als weiteren Kommentar, sondern hier im Forum. Wer jetzt glaubt, die Lösung schon zu kennen oder sich mit dem Gedanken trägt, das Mitlesen an dieser Stelle zu beenden, der sollte noch den nächsten Satz zuende lesen.
    Silenes Antwort war schon ganz heiß, es geht um Jodtabletten, genauer gesagt um 2 Jod-Tabletten, nämlich die eine, die Aoi geschluckt hat und die andere, die Yui geschluckt hat 8-)
    Wen´s interessiert, wie die Geschichte ausgeht, der möge sich halt registrieren im neuen Fukushima-Board oder wenigstens dort passiv mitlesen.
    All denen, die an dieser Stelle aussteigen um anderen Themen zu folgen als dem Physikblog zu Fukushima, all denen gebe ich noch ein persönliches Schlusswort mit (OT again):

    Wie schon so oft in der Atom-Geschichte unserer Republik, entsteht am Ernstfall aus öffentlichem Gedankenaustausch von Physikerinnen und Physikern gemeinsam erwachsene Bildung von unten und für alle. Im Jahr der Göttinger Erklärung hatten wir schon den 1. Graphitreaktor-Brand Europas der erst vor kurzem soweit abgeklungen ist, dass er entsorgbar wurde. Seither standen Physikerinnen und Physiker bei wiederholten und oftmals bedrückenden Gelegenheiten in der Pflicht, zu klären, was da vorging und zu erklären, was das für uns alle bedeutet. Die Geschichte von Aoi und Yui ist in ihren Grundzügen schon vor 36 Jahren erzählt worden, am Lagerfeuer der Volkshochschule Whyler Wald, einem sozialen Netzwerk, das ganz anders funktionierte wie die heutigen. Die Namen klangen nicht asiatisch sondern französisch, und statt milliSievert machte REM die Runde, das “Röntgen Equivalent Men”, das kein Physiker in “Röntgen Equivalent Children” umzurechnen wusste.

    Auch wenn heute manches einfacher geworden ist, vor allem die Möglichkeiten, Informationen schnell zu finden und effektiv zu verbreiten, auch wenn es viel mehr Wissen gibt über Zusammenhänge, wo früher einfach nur die Angst vor Unbekanntem herrschte, erschien mir vieles, was ich in den letzten Wochen lesen musste, wie ein Déjà Vu, als ob das Wissen, was vor 25 Jahren schon mal zusammen getragen wurde, inzwischen weitgehend zerfallen wäre. Wir werden sehen, ob der von Andi angepeilte Wissenskatalog zustande kommt und bis zum hoffentlich so schnell nicht wiederkehrenden nächsten Menetekel haltbar bleibt.

  40. Eng sagt:
    #942

    Oder um es anders zu sagen: Das ist beliebig kompliziert zu machen. ;)

  41. Andi sagt:
    #943

    Mit einem großen Dank an euch haben wir das Forum nun auch ganz offiziell eröffnet. Und zwar hier: http://www.physikblog.eu/2011/04/17/fukushima-das-board-zum-unfall/ :)

  42. DerMichi sagt:
    #944

    PreScriptum: Dies wollte ich in der neuen Newsgroup posten – ging nicht.

    Hallo,

    ich lese seit Mitte März mit und habe die alte Strukur schätzen gelernt: Man konnte von Anfang bis Ende lesen und bei Bedarf beliebig zurückschauen oder auch vieles überlesen, wenn man mal zwei Tage keine Zeit hatte.

    Die neue Struktur erlaubt dies nicht mehr. Ich kann die neuen Beiträge nicht kurz überfliegen – nein, ich _finde_ sie nicht mal mehr!

    Wie kann man einfach eine lineare Zeitlinie von allen Postings/Kommentaren erhalten? Tims Kommetar 165 war leider nicht so erfolgreich… Wie findet man Bezüge zu anderen Postings?

    Könnt iht versuchen, die Informationen wieder (oder irgendwie anderes referenziert auf einer anderen Site) in eine einfach verfolgbare Form zu bringen – die Informationen in den Kommentaren sind doch eigentlich zu wichtig, um sie in verschalteten Strukturen zu verbergen.

    Gruß
    DerMichi

    PS: Ja, wo soll ich denn ein Captcha eintippen? (Falls der Kommentar erscheint, habe ich es herausgefunden)

    Ein Hinweis darauf, welchem Anbieter man wegen der Captchas Javascript erlauben muss, wäre hilfreich…

  43. Andi sagt:
    #945

    @DerMichi: Wir haben probiert, einen linearen Kommentarstrom aus dem Forum zu bauen. Wir haben es leider nicht geschafft. Vielleicht finden wir noch einmal die Zeit, uns das näher anzusehen, aber im Moment muss es ohne gehen. Solltest du, oder jemand anderes, da etwas programmieren wollen: Nur zu! Wir bauen es gerne ein.
    Ich nehme an, Captchas eintippen bezog sich auf das Forum? Wenn nein: Die Angabe einer korrekten E-Mail-Adresse hilft, um nicht in die Moderationsschleife zu kommen. Wenn ja: Das Captcha wird vom Forum generiert. Du solltest also alles erlauben, was von fukushima.physikBlog.eu kommt. Allerdings gibt’s einen einfacheren Weg: Captchas werden nur anonym kommentierenden Nutzern angezeigt – um Spam zu verhindern (wir sind leider mittlerweile bei der Größe angelegt, bei der wir uns um Spam Gedanken machen müssen). Am einfachsten meldest du dich als Foren-Nutzer an. Dann hast du keine Captchas und außerdem immer eine Info, welche Kommentare neu sind seit deinem letzten Besuch.

  44. Roland sagt:
    #946

    @Der Michi
    Gewöhne Dich einfach an die neue Struktur. Andi und André arbeiten rund um die Uhr für “Gottes Lohn”, d.h. sie bekommen keinen Cent. Also gönne ihnen, dass sie sich die Arbeit etwas erleichtern.
    Wenn Du Dich im neuen Forum angemeldet hast, siehst Du in jeder Rubrik, was neu ist gelb gekennzeichnet. Dafür hast Du jetzt die Möglichkeit, einem Blogger direkt zu posten und die Beiträge thematisch besser zu ordnen. Ein bisschen Arbeit musst Du halt auch reinstecken – oder die kreuzt in Deinem Profil an, dass Du jeden neuen Beitrag gepostet bekommst. Dann ist die lineare Struktur wieder in Deinem Postfach.
    Gruß Roland

  45. Oli sagt:
    #947

    Wow, leider bin ich nicht schon viel früher auf den Artikel gestossen. Super erläutert !!!

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